ГРП. Технология проведения ГРП

Гидравлический разрыв пласта (ГРП)-процесс гидравлической обработки его призабойной зоны для углубления и расширения уже имеющихся и образования новых трещин в породе продуктивного пласта, а также последующего их сохранения.

Гидравлический разрыв проводят как в эксплуатационных, так и в нагнетательных скважинах. В первом случае ГРП позволяет увеличить приток пластовой жидкости, во втором - улучшить при­емистость скважины.

Гидравлический разрыв пласта проводят для увеличения про­ницаемости призабойной зоны пласта, создания условий, облегчаю­щих приток пластовой жидкости к эксплуатационной колонне или соответственно вход ее в пласт при работе нагнетательной сква­жины. При проведении ГРП расширившиеся старые и образовав­шиеся новые трещины служат каналами для перетока пластовой жидкости, обладающими меньшим гидравлическим сопротивлени­ем.

Основой ГРП является механическое разрушение породы про­дуктивного пласта под давлением жидкости, закачиваемой в него. Для сохранения образовавшихся трещин и предотвращения смы­кания их стенок после снижения давления в них закачивают круп­нозернистый песок.

В зависимости от целей различают несколько видов ГРП: однократный - для создания одной трещины в продуктивном пласте;

многократный - для образования большого количества трещин;

направленный (поинтервальный)-для создания трещин в оп­ределенных интервалах пласта.

Материал, из которого сложены породы, имеет определенную прочность, т. е. характеризуется определенным давлением, кото­рое необходимо создать, чтобы разорвать, механически разрушить породу. Характерно, что у всех пород прочность при растяжении много меньше прочности на сжатие. Например, песчаники имеют известняки соответственно 5-260 и 0,2-25 МПа. Это означает, что для разрушения образца - столбика с размером поперечного се­чения 1x1 см - необходимо приложить сжимающее усилие от 2 до 50 кН- или растягивающее - от 50 до 2500 Н. Столь большой интервал изменения нагрузок, при которых будет происходить раз­рушение, обусловлен особенностями строения породы, периодом и условиями ее образования.

Процесс образования трещин в пласте может быть представлен следующим образом: породы, слагающие пласты, находятся в сжатом состоянии, что обусловлено весом лежащих над ними по­род.

Таким образом, чтобы образовались новые трещины или рас­ширились старые, необходимо создать в пласте такое давление, которое преодолело бы горное и прочность породы. Для выполне­ния этого условия в пласт нагнетают жидкость с таким расходом, который превышает количество жидкости, поглощаемое пластом, и обеспечивает создание в нем требуемого давления.

Как показывают исследования, трещины, возникающие в пласте при ГРП, могут иметь протяженность до нескольких десятков мет­ров.

Расход и давление нагнетания жидкости рассчитывают зара­нее на основе данных о проницаемости пласта, его пористости и т. п.

Гидравлический разрыв пласта проводят следующим образом (рис. IV.13):

а) в зоне пласта, подлежащей разрыву, устанавливают пакеры {нижний может отсутствовать);

б) по специальной колонне труб закачивают жидкость для об­разования в пласте трещин. Установка пакеров обусловлена необ­ходимостью разгрузки эксплуатационной колонны от давления
жидкости, а также обеспечением нагружения определенного ин­тервала пласта, находящегося между пакерами;

в) в трещину закачивают крупнозернистый песок, который ос­тается в ней и в дальнейшем при эксплуатации скважин выполня­ет роль каркаса, препятствует смыканию стенок трещин после то­го, как давление жидкости будет снижено. Последовательность работ при проведении ГРП следующая.

Подготовительные работы. При гидравлическом раз­рыве пласта, когда давление может оказаться выше допустимого для эксплуатационной колонны, в колонне следует устанавливать пакеры.

Места установки агрегатов для ГРП должны быть соответст­вующим образом подготовлены и освобождены от посторонних предметов, препятствующих установке агрегатов и прокладке ком­муникаций.

Перед ГРП в скважинах, оборудованных ШСК, необходимо отключить привод станка-качалки, затормозить редуктор, а на пу­сковом устройстве вывесить плакат «Не включать - работают люди!». Балансир станка-качалки устанавливают в положение, при котором можно беспрепятственно разместить заливочную армату­ру и обвязать устья скважины.

После этого выполняют следующие операции.

1. У устья скважины устанавливают агрегат подземного ремон­та для спуска-подъема колонны труб при спуске и установке- внутрискважинного оборудования. Рядом со скважиной располагают оборудование для выполнения непосредственно ГРП, насосные и пескосмесительные агрегаты, цистерны и другое оборудование.

Агрегаты для ГРП устанавливают на расстоянии не менее 10 м от устья скважины и таким образом, чтобы расстояние между ни­ми было не менее 1 м и кабины не были обращены к устью сква­жины.

2. Из скважины извлекают оборудование, использовавшееся для ее эксплуатации (колонна подъемных труб, скважинный штан­говый насос или ЭЦН). Уточняют глубину забоя скважины, расположение пласта (или группы пластов), подлежащего разрыву.

3. Скважину промывают для удаления загрязнений и песчаных пробок. В ряде случаев для повышения эффективности ГРП про­ водят кислотную обработку и дополнительное вскрытие продуктивного пласта в интервале, намеченном для гидроразрыва. При этом используют кумулятивную или гидропескоструйную перфо- рацию, создавая до 100 отверстий на 1 м скважины. В результа­те давление, развиваемое насосами при ГРП, уменьшается, а ко­личество трещин в пласте возрастает.

4. На колонне НКТ спускают пакер с якорем и устанавливают на 5-10 м выше верхних отверстий перфорации. В ряде случаев он может находиться ниже верхней кровли пласта. Длина хвостовика должна быть максимально возможной, чтобы обеспечить движение песка в восходящем потоке к трещине и предупредить его выпадение в зумпф скважины.

В зависимости от технологии гидроразрыва может быть уста­новлен и второй пакер - ниже перфорационных отверстий.

5. Скважину промывают и заполняют до устья жидкостью: ес­ли скважина эксплуатационная - егазированной нефтью, если нагнетательная - водой.

6. Сажают и опрессовывают пакер той же жидкостью, какой
заливают скважину. При этом во внутренней полости спущенных
НКТ создают давление, а качество герметизации контролируют по отсутствию перелива жидкости из кольцевого пространства сква­жины. Опрессовывают пакер при двух давлениях - заведомо мень­шем и максимально возможном, развиваемом насосами.

Если пакер не обеспечивает требуемой герметичности, его сры­вают и проводят повторную посадку, после чего опять опрессовывают.

7. После опрессовки устье скважины обвязывают. Для этого
используют специальную арматуру устья. Непосредственно ГРП выполняют следующим обра­зом.

1. Насосным агрегатом закачивают в скважину жидкость раз­рыва, которая в зависимости от физико-механических особенно­стей пласта имеет соответственно повышенную вязкость и бывает
двух типов: на основе углеводородных жидкостей или водных раст­воров. В первом случае это могут быть сырая высоковязкая нефть, загущенные керосин или дизельное топливо, во втором - вода, сульфитспиртовая барда, загущенные растворы соляной кислоты.

Жидкость разрыва закачивают при нескольких значениях по­дач насосов и на каждом режиме работы определяют приемистость скважины, строят график зависимости расхода поглощаемой жид­кости от развиваемого давления. Расход жидкости, закачиваемой в пласт, ступенчато увеличивают до тех пор, пока не произойдет скачкообразного увеличения поглощения жидкости и некоторого уменьшения давления нагнетания, что свидетельствует об образо­вании трещин в пласте.

2. После появления трещин в колонну НКТ начинают закачи­вать жидкость-песконоситель. Это может быть та же жидкость, что использовалась при разрыве пласта, но смешанная с песком.
Жидкость-песконоситель закачивают всеми насосными агрегатами при максимальных давлении и подаче. Содержание песка в жидкости изменяют в пределах 100-600 кг на 1 м 3 жидкости. Песок должен быть более прочным, чем порода, слагающая пласт, и достаточно крупным. Перед ГРП его промывают от глины и пыли и отсеивают по размерам песчинок-фракциям. Наиболее приемлемой фракцией является песок с размером зерен 0,5-1,0 мм. Общее количество песка, закачиваемого в скважину, зависит от протяженности трещин и изменяется в пределах от 4 до 20 т.

3. Без прекращения подачи жидкости и снижения давления после окончания закачки жидкости-песконосителя начинают зака­чивать в скважину продавочную жидкость, объем которой должен быть на 1,5-2 м 3 больше объема насосно-компрессорных труб, на которых спущен пакер, и зумпфа. В качестве продавочной жид­кости используют маловязкую нефть или воду, обработанную ПАВ. Часто в нефтяные скважины после закачки жидкости-песконосите­ля закачивают 2-2,5 м 3 чистой жидкости без песка, после чего приступают к закачке продавочной жидкости - воды. В этом слу­чае объем воды выбирают таким, чтобы предупредить попадание ее в пласт.

При гидравлических испытаниях обвязки устья и трубопрово­дов обслуживающий персонал удаляют от испытываемых объек­тов за пределы опасной зоны.

Во время закачки и продавки жидкости нахождение людей воз­ле устья скважины и у нагнетательных трубопроводов запреща­ется. Во время работы агрегатов запрещается ремонтировать их или крепить обвязку устья скважины и трубопроводов. Перед от­соединением трубопроводов от устьевой арматуры следует закрыть краны на ней и снизить давление в трубах до атмосферного.

Пуск агрегатов разрешается только после удаления людей, не связанных непосредственно с выполнением работ, за пределы опас­ной зоны.

Заключительные работы выполняют следующим об­разом:

1. После закачки продавочной жидкости устье скважины за­крывают до тех пор, пока давление в колонне НКТ не уменьшит­ся до атмосферного или близкого к нему. Это необходимо для пре­дотвращения выноса песка из трещин, созданных при гидроразры­ве, и образования песчаных пробок.

В это время обычно демонтируют коммуникации, соединявшие наземное оборудование, убирают его со скважины.

2. Срывают пакер и извлекают на поверхность внутрискважинное оборудование.

3. Промывают скважину от песка, не попавшего в пласт и осев­шего на забой.

4. Освоение скважины проводят обычным путем: если она эк­сплуатационная- спускают насос, колонну НКТ и начинают отбор жидкости, если нагнетательная - промывают от взвешенных час­тиц; поднимают колонну промывочных труб и подключают к водо­воду.

Остатки жидкости разрыва и нефти должны сливаться из ем- костей агрегатов и автоцистерн в промышленную канализацию, нефтеловушку или специальную емкость-отстойник.

В зимнее время после временной остановки работ следует проб­ной прокачкой жидкости убедиться в отсутствии пробок в трубо­проводах. Запрещается подогревать систему нагнетательных тру­бопроводов открытым огнем.

Если продуктивный пласт достаточной толщины или состоит из отдельных, чередующихся прослоев песчаника и глины, то макси­мальный эффект от ГРП может быть получен при создании боль­шого количества трещин, равномерно распределенных по высоте всех слоев продуктивного пласта. Для решения этой задачи про­водят поинтервальный ГРП. Существует несколько его технологий. Одна из них предусматривает проведение ГРП, начиная с нижне­го пропластка (рис. 1У.14, а). При этом перфорируют нижний пропласток в требуемом интервале, устанавливают пакер и проводят ГРП. Далее колонну труб с пакером извлекают и подвергнутый интервал изолируют с помощью песка, засыпаемого в скважину (рис. IV. 14, б). После этого вновь спускают перфоратор на мень­шую высоту, соответствующую расположению лежащего выше пропластка, который вскрывают. Затем аналогичным образом про­водят ГРП вскрытого пропластка (рис. 1У.14, в).

Для каждого из обрабатываемых пропластков комплекс работ повторяют. Затем скважину промывают до забоя и вводят в эк­сплуатацию (рис. 1У.14, г).

Если толщина пропластков глин и песчаника достаточно вели­ка, то поинтервальный ГРП можно проводить с помощью сдвоен­ного пакера, при этом верхний пакер устанавливают несколько выше кровли пласта, а нижний чуть ниже его подошвы. Сдвоен­ный пакер позволяет исключить изоляцию ранее разорванных про­пластков засыпкой песка и последующую промывку скважины.

При ГРП используют оборудование, схема расстановки (рис. IV. 15) которого у устья скважины может изменяться в за­висимости от параметров скважины и технологии проведения про­цесса.

В комплексе оборудования входят: насосные агрегаты УН1-630Х700А (4АН-700), пескосмесительные машины 4ПА, УСП-50, автоцистерны ЦР-500, ЦР-7АП, ЧЦР для транспортирования, а в ряде случаев и кратковременного хранения жидкостей, мани-фольд, арматура устья 2АУ-70 скважин, пакеры, якори и другое оборудование.

Арматуру устья соединяют двумя трубопроводами с блоком манифольда, напорный коллектор которого отдельными трубопро­водами соединен с насосными агрегатами.

Для обвязки оборудования с устьем применяют металлические трубы с шарнирными коленами. Перед началом работ обвязку оп-рессовывают (без скважины) на пробное давление, в 1,5 раза пре­вышающее ожидаемое при разрыве пласта. К блоку манифольда подключают станцию контроля и управления для точного измере­ния расходов жидкости и ее давления.

В первый период ГРП (создания трещин) насосные агрегаты забирают рабочую жидкость непосредственно из емкостей или ав­тоцистерн, далее на их прием подключают пескосмесительные аг­регаты, имеющие запас песка и пополняющие его от песковозов, жидкость для приготовления смеси поступает от соответствующих цистерн. При закачке продавочной жидкости на прием насосных агрегатов поступает жидкость из других емкостей или резервуа­ров.

При гидроразрыве пласта насосные и пескосмесительные агре­гаты монтируют в большем, чем необходимо по расчету, количест­ве на случай их выхода из строя во время проведения процесса или при необходимости получения большего расхода жидкости, чем положено по расчету. Технологические жидкости и песок так­же доставляют к скважине в большем, чем необходимо, количестве, поскольку особенности протекания процесса ГРП предусмот­реть с большой точностью весьма трудно.

Помимо перечисленного оборудования у устья скважины рас­полагают агрегат подземного ремонта для проведения спуско-подъемных операций при промывке скважины, установке, срыве якоря и т. п.

После ГРП на скважине остается агрегат подземного ремонта, насосная установка и емкость для воды, необходимые для окон­чательной промывки скважины и последующего ввода "ее в дейст­вие.

В процессе ГРП все оборудование работает на предельных пас­портных режимах, при высоких давлениях, поэтому для обеспече­ния безопасности работ необходимо придерживаться следующих: правил.

1. Работников допускают к проведению ГРП только после со­ответствующего инструктажа по технике безопасности.

2. Территорию вокруг скважины очищают от посторонних пред­метов.

3. Расстанавливают агрегаты, обвязывают все оборудование
опрессовывают его под непосредственным руководством и конт­ролем ответственного руководителя работ.

4. Насосные агрегаты должны иметь исправную контрольно-из­мерительную аппаратуру; предохранительные клапаны должны быть предварительно опрессованы, а их сброс должен быть обес­печен линией, отводящей жидкость под агрегат.

5. При опрессовке обвязки и пакера рабочие не должны нахо­диться у устья скважины и у элементов обвязки. В это время за­прещается проводить какие-либо работы с элементами обвязки.

6. Демонтаж оборудования разрешается только после снижения
давления в нем до атмосферного.

ГРП состоит из трех принципиальных операций:

1. создание в коллекторе искусственных трещин (или расширение естественных);

2. закачка по НКТ в ПЗС жидкости с наполнителем трещин;

3. продавка жидкости с наполнителем в трещины для их закрепления.

При этих операциях используют три категории жидкостей :

• жидкость разрыва,
• жидкость-песконоситель
• продавочную жидкость.

Рабочие агенты должны удовлетворять следующим требованиям:

1. Не должны уменьшать проницаемость ПЗС. При этом, в зависимости от категории скважины (добывающая; нагнетательная; добывающая, переводимая под нагнетание воды), используются различные по своей природе рабочие жидкости.

2. Контакт рабочих жидкостей с горной породой ПЗС или с пластовыми флюидами не должен вызывать никаких отрицательных физико-химических реакций, за исключением случаев применения специальных рабочих агентов с контролируемым и направленным действием.

3. Не должны содержать значительного количества посторонних механических примесей (т.е. их содержание регламентируется для каждого рабочего агента).

4. При использовании специальных рабочих агентов, например, нефтекислотной эмульсии, продукты химических реакций должны быть полностью растворимыми в продукции пласта и не снижать проницаемости ПЗС.

5. Вязкость используемых рабочих жидкостей должна быть стабильной и иметь низкую температуру застывания в зимнее время (в противном случае процесс ГРП должен проводиться с использованием подогрева).

6. Должны быть легкодоступными, недефицитными и недорогостоящими.

Технология проведения ГРП :

• Подготовка скважины - исследование на приток или приемистость, что позволяет получить данные для оценки давления разрыва, объема жидкости разрыва и других характеристик.
• Промывка скважины - скважина промывается промывочной жидкостью с добавкой в нее определенных химических реагентов. При необходимости осуществляют декомпрессионную обработку, торпедирование или кислотное воздействие. При этом рекомендуется использовать насосно-компрессорные трубы диаметром 3-4" (трубы меньшего диаметра нежелательны, т.к. велики потери на трение).
• Закачка жидкости разрыва – создается необходимое для разрыва горной породы давление для образования новых и раскрытия существовавших в ПЗС трещин. В зависимости от свойств ПЗС и других параметров используют либо фильтрующиеся, либо слабофильтрующиеся жидкости.

Жидкости разрыва :

в добывающих скважинах

Дегазированную нефть;

Загущенную нефть, нефтемазутную смесь;

Гидрофобную нефтекислотную эмульсию;

Гидрофобную водонефтяную эмульсию;

Кислотно-керосиновую эмульсию и др.;

в нагнетательных скважинах

Чистую воду;

Водные растворы соляной кислоты;

Загущенную воду (крахмалом, полиакриламидом - ПАА, сульфит-спиртовой бардой - ССБ, карбоксиметилцеллюлозой - КМЦ);

Загущенную соляную кислоту (смесь концентрированной соляной кислоты с ССБ) и др.

При выборе жидкости разрыва необходимо учитывать и предотвращать набухаемость глин, вводя в нее химические реагенты, стабилизирующие глинистые частицы при смачивании (гидрофобизация глин).

Как уже отмечалось, давление разрыва не является постоянной величиной и зависит от ряда факторов.

Повышение забойного давления и достижение величины давления разрыва возможно при опережении скоростью закачки скорости поглощения жидкости пластом. У низкопроницаемых пород давление разрыва может быть достигнуто при использовании в качестве жидкости разрыва жидкостей невысокой вязкости при ограниченной скорости их закачки. Если породы достаточно хорошо проницаемы, то при использовании маловязких жидкостей закачки требуется большая скорость закачки; при ограниченной скорости закачки необходимо использовать жидкости разрыва повышенной вязкости. Если ПЗС представлена коллектором высокой проницаемости, то следует применять большие скорости закачки и высоковязкие жидкости. При этом должна учитываться и толщина продуктивного горизонта (пропластка), определяющая приемистость скважины.

Важным технологическим вопросом является определение момента образования трещины и его признаки. Момент образования трещины в монолитном коллекторе характеризуется изломом на зависимости «объемный расход жидкости закачки - давление закачки» и значительным снижением давления закачки. Раскрытие уже существовавших в ПЗС трещин характеризуется плавным изменением зависимости «расход - давление», но снижения давления закачки не отмечается. В обоих случаях признаком раскрытия трещин является увеличение коэффициента приемистости скважины.

• Закачка жидкости-песконосителя. Песок или любой другой материал, закачиваемой в трещину, служит наполнителем трещины, являясь, каркасом внутри нее и предотвращает смыкание трещины после снятия (снижения) давления. Жидкость-песконоситель выполняет транспортную функцию. Основными требованиями к жидкости-песконосителю являются высокая пескоудерживающая способность и низкая фильтруемость.

Указанные требования диктуются условиями эффективного заполнения трещин наполнителем и исключением возможного оседания наполнителя в отдельных элементах транспортной системы (устье, НКТ, забой), а также преждевременной потерей наполнителем подвижности в самой трещине. Низкая фильтруемость предотвращает фильтрацию жидкости-песконосителя в стенки трещины, сохраняя постоянную концентрацию наполнителя в трещине и предотвращая закупорку трещины наполнителем в ее начале. В противном случае концентрация наполнителя в начале трещины возрастает за счет фильтрации жидкости-песконосителя в стенки трещины, и перенос наполнителя в трещине становится невозможным.

В качестве жидкостей-песконосителей в добывающих скважинах используются вязкие жидкости или нефти, желательно со структурными свойствами; нефтемазутные смеси; гидрофобные водонефтяные эмульсии; загущенная соляная кислота и др. В нагнетательных скважинах в качестве жидкостей-песконосителей используются растворы ССБ; загущенная соляная кислота; гидрофильные нефтеводяные эмульсии; крахмально-щелочные растворы; нейтрализованный черный контакт и др.

Для снижения потерь на трение при движении этих жидкостей с наполнителем по НКТ используют специальные добавки (депрессоры) - растворы на мыльной основе; высокомолекулярные полимеры и т.п.

• Закачка продавочной жидкости – продавка жидкости-песконосителя до забоя и задавка ее в трещины. С целью предотвращения образования пробок из наполнителя, должно соблюдаться следующее условие:

где - скорость движения жидкости-песконосителя в колонне НКТ, м/с;

Вязкость жидкости-песконосителя, мПа с.

Как правило, в качестве продавочных используются жидкости с минимальной вязкостью. В добывающих скважинах часто используют собственную дегазированную нефть (при необходимости ее разбавляют керосином или соляркой); в нагнетательных скважинах используется вода, как правило, подтоварная.

В качестве наполнителя трещин могут использоваться:

Кварцевый отсортированный песок с диаметром песчинок 0,5 +1,2 мм, который имеет плотность около 2600 кг/м3. Так как плотность песка существенно больше плотности жидкости-песконосителя, то песок может оседать, что предопределяет высокие скорости закачки;

Стеклянные шарики;

Зерна агломерированного боксита;

Полимерные шарики;

Специальный наполнитель - проппант.

Основные требования к наполнителю:

Высокая прочность на сдавливание (смятие);

Геометрически правильная шарообразная форма.

Совершенно очевидно, что наполнитель должен быть инертным по отношению к продукции пласта и длительное время не изменять своих свойств. Практически установлено, что концентрация наполнителя изменяется от 200 до 300 кг на 1 м3 жидкости-песконосителя.

• После закачки наполнителя в трещины скважина оставляется под давлением . Время выстойки должно быть достаточным, чтобы система (ПЗС) перешла из неустойчивого в устойчивое состояние, при котором наполнитель будет прочно зафиксирован в трещине. В противном случае в процессе вызова притока, освоения и эксплуатации скважины наполнитель выносится из трещин в скважину. Если при этом скважина эксплуатируется насосным способом, вынос наполнителя приводит к выходу из строя погружной установки, не говоря об образовании на забое пробок из наполнителя. Вышесказанное является чрезвычайно важным технологическим фактором, пренебрежение которым резко снижает эффективность ГРП вплоть до отрицательного результата.
• Вызов притока , освоение скважины и ее гидродинамическое исследование. Проведение гидродинамического исследования является обязательным элементом технологии, т.к. его результаты служат критерием технологической эффективности процесса.

Принципиальная схема оборудования скважины для проведения ГРП представлена на рис. 5.5 . При проведении ГРП колонна НКТ должна быть запакерована и заякорена.

Важными вопросами при проведении ГРП являются вопросы определения местоположения, пространственной ориентации и размеров трещин. Такие определения должны быть обязательными при производстве ГРП в новых регионах, т.к. позволяют разработать наилучшую технологию процесса. Перечисленные задачи решаются на основе метода наблюдения за изменением интенсивности гамма-излучения из трещины, в которую закачана порция наполнителя, активированная радиоактивным изотопом, например, кобальта, циркония, железа. Сущность данного метода заключается в добавлении к чистому наполнителю определенной порции активированного наполнителя и в проведении гамма-каротажа сразу после образования трещин и закачки в трещины порции активированного наполнителя; сравнивая эти результаты гамма-каротажа, судят о количестве, местоположении, пространственной ориентации и размерах образовавшихся трещин. Указанные исследования выполняются специализированными промыслово-геофизическими организациями.

Рис. 5.5. Принципиальная схема оборудования скважины для проведения ГРП:

1 - продуктивный пласт; 2 - трещина; 3 - хвостовик; 4 - пакер; 5 -якорь; 6 - обсадная колонна; 7 - колонна НКТ; 8 - устьевое оборудование; 9 - жидкость разрыва; 10 - жидкость-песконоситель; 11 - жидкость продавки; 12 - манометр.

Проблемы применения ГРП. ЖОПА там, где рядом с продуктивным пластом находятся пласты, содержащие воду. Это могут быть водоносные пласты, если подошвенная вода. Кроме того, рядом с обработанным пластом могут быть пласты, которые заводнены.

Образующиеся при ГРП вертикальные трещины в подобных случаях создают гидродинамическую связь скважины с водоносной зоной. В большинстве случаев водоносная зона имеет большую проницаемость по сравнению с продуктивным пластом, где проводят ГРП. Именно поэтому ГРП может приводить к полному обводнению скважин. На старых месторождениях многие скважины находятся в аварийном состоянии. Проведение ГРП в подобных условиях приводят к разрыву эксплутационной колонны. Теоретически в подобных скважинах для защиты колонны используют пакер, но из-за вмятин на колонне и коррозии именно в подобных скважинах пакер свою роль не выполняет. Кроме того из-за ГРП может разрушаться цементный камень.

При ГРП трещины создаются в пропластках с различной проницаемостью, но очень часто разорвать высокопроницаемый пропласток легче чем низкопроницаемый. В пропластке с большей проницаемостью трещина может быть более протяженной. При таком варианте после ГРП дебит скважины по нефти увеличивается, но увеличивается обводненность, если скважина была обводнена. Именно поэтому, до и после ГРП необходимо проводить анализ добываемой воды, чтобы узнать откуда в скважине появилась вода.

При ГРП, как и при любых методах интенсификации всегда встает вопрос о компенсации больших отборов закачкой.

Подготовительные работы к проведению ГРП включают в себя:

Обследование скважины , состоящее из проверки крепи в интервале ГРП методом АКЦ, а также наличии перетоков и технического состояния эксплуатационной колонны с помощью промыслово-геофизических исследований путем снижения уровня компрессором или специальным оборудованием (свабом). Работы по свабированию выполняются с помощью тартальной лебедки. При проведении работ по обследованию обязательно собирается материал об искусственном и текущем забое и привязка материала перфорации по локатору муфт и гамма-каротажу. Материалы по обследованию скважин, должны иметь срок давности не более трех месяцев. Силами ПКРС обследование проводится только после проведенного сложного ремонта, связанного с фрезерованием и ударными нагрузками на инструмент.

Подготовка скважины.

Перед ГРП пакер должен устанавливаться в интервале 30-50м от верхних отверстий зоны перфорации, указанной в плане работ на скважину.

Интервал установки пакера должен скребковаться скрепером. Доставка пакера на куст осуществляется группой подготовки ГРП в специальном контейнере. Пакер доставляется с навернутым опрессовочным седлом.

Перед спуском пакер соединяют на мостках с патрубком, не вынимая пакер из контейнера. Специальный контейнер снимают с пакера после подъема НКТ в вертикальное положение.

Спуск пакера должен осуществляться на НКТ-89мм с допустимым внутренним давлением не менее 70 МПа.

При спуске (подъеме) пакера в скважину скорость не должна превышать 0,25 м/сек.

Спуск пакера должен производиться с точным замером и отбраковкой труб, очисткой и смазкой резьб.

Опрессовка НКТ должна производиться на давление, указанное в плане работ на ремонт скважины.

Давление в НКТ при опрессовке наблюдается в течение 5 минут. Допускается снижение давления на 0,1МПа.

Посадка пакера как гидравлического, так и механического типа производится в соответствии с инструкциями по эксплуатации пакеров.

При оборудовании устья скважины специальной арматурой, планшайба крепится на все шпильки, проверяется работоспособность задвижек. Лицо, посадившее пакер, заполняет отчет о посадке пакера и делает в вахтовом журнале и паспорте на ГРП краткое описание проведенной работы.

Подготовка площадки.

На территории куста бригады КРС подготавливается рабочая площадка размерами 50х50м, с которой убираются посторонние предметы и производится планировка. В зимнее время площадка очищается от льда и снега.

Площадка для расстановки техники и емкостного парка при ГРП должна отвечать следующим требованиям:

На площадке должна разместиться техника ГРП и емкостной парк (3 емкости по 40м 3).

Площадка должна иметь свободный подъезд к скважине.

Площадка должна иметь поверхность, способную выдержать технику весом до 60 тонн.

После подготовки скважины к проведению ГРП бригада КРС снимает с устья скважины установку для ремонта скважины, мостки, трубы и все бригадное хозяйство в радиусе 50 метров от скважины. Мастер бригады КРС за сутки уведомляет ЦИТС ПКРС о готовности скважины к ГРП. В течении этих суток начальник участка ГРП или ведущий инженер вместе с супервайзером проверяют состояние площадки и составляют схему расположения оборудования, которая утверждается главным инженером ПКРС.

После этого на площадку завозятся емкости и заполняются нефтью или водой. Емкости для жидкости - основы геля устанавливаются на твердую поверхность за пределами охранной зоны воздушных линий электропередач, нефтесборных сетей с расстоянием между ними не менее 1 метра. Горизонтальные емкости устанавливаются слегка наклоненными в сторону слива. После установки емкости заземляются на ранее подготовленный контур или колонну ближайшей скважины через заземляющий луч.

Подогрев воды или нефти производится с помощью АДПМ-5 при температуре окружающей среды ниже 0 o С до температуры 20-30 o С.

Завоз химреагентов и нефти (воды).

Завоз типа и количества жидкости - основы геля, доставка химреагентов осуществляется в соответстви с планом работ на ГРП.

Завоз нефти на скважину осуществляется звеном из трех АЦН-10 и одного ЦА-320.

Подготовка оборудования, участвующего в ГРП.

Гидравлический разрыв пласта производится техникой комплекса ГРП в составе:

Насосных установок;

Блендера (смесителя);

Установки для транспортировки расклинивающего агента (песковоза);

Блок манифольдов;

Станции контроля;

Помимо комплекса ГРП на скважине должны находиться:

Пожарная машина;

• Оперативная машина.

Расстановка техники на кусту производится в соответствии с утвержденной схемой.

Монтаж нагнетательных линий от блока манифольда до устья скважины производится трубами диаметром 89 мм с помощью БРС.

Трубы укладываются на специальные подставки.

В нагнетательную линию последовательно устанавливают, начиная от блока манифольда к устью скважины, тройник для датчика давления, обратный клапан и тройник для сброса давления.

Перед сборкой все БРС должны быть осмотрены, очищены от грязи, изношенные и дефектные резиновые уплотнения заменяются.

Блендер соединяется с емкостями и насосными агрегатами через блок манифольда или напрямую гибкими шлангами, оборудованными 4-х дюймовыми БРС.

Затрубное пространство скважины соединяется с насосным агрегатом (ЦА-320) 2-х дюймовыми трубами с БРС.

В мерном баке ЦА-320 должно быть в запасе не менее 1м 3 раствора или воды.

На другом стволе затрубного пространства последовательно устанавливается кран высокого давления в открытом положении и предохранительный клапан, срабатывающий при 15МПа, свободный конец которого соединяется линией из 2-х дюймовых труб с емкостью.

Для контроля давления в затрубном пространстве на устьевой арматуре устанавливается датчик давления.

Для контроля параметров ГРП станцию контроля соединяют двумя кабелями с датчиками давления и двумя кабелями с блендером для контроля плотности и скорости закачки жидкости.

Для управления насосными агрегатами со станции контроля агрегаты пронумеровываются и соединяются кабелями с соответствующей панелью управления на станции контроля.

При проверке управления насосными агрегатами со станции контроля одновременно проверяется оборудование для записи процесса ГРП.

Под руководством бригадира комплексом ГРП производится заполнение рабочей жидкостью насосов, блока манифольдов, блендера и нагнетательных линий.

Машинист ЦА-320 создает давление на затрубном пространстве скважины, равное давлению опрессовки колонны.

Руководителем работ производится осмотр всех линий, коммуникаций и запорной арматуры.

Членам бригады комплекса ГРП выдаются рации и проверяется их работоспособность. Все люди не задействованные в процессе ГРП, удаляются в безопасное место в радиусе, не ближе 25 метров от устья скважины.

Тестирование скважины.

На первом этапе геологической службой подбираются скважины для проведения ГРП. Основными критериями подбора являются:

Пласты с ухудшенной емкостно-фильтрационной характеристикой (заглинизированы частым переслаиванием).

Скважины, давшие при опробовании слабый приток нефти по сравнению с окружающими.

Скважины с неоднородными пластами по разрезу (нагнетательные, с неравномерной приемистостью, эксплуатационные с неравномерным отбором).

В нефтяных скважинах, расположенных в приконтурных зонах и при наличии водоносных пропластков, горизонтов ближе 20м.

В первом эксплуатационном ряду от разрезающего ряда, вблизи очага заводнения при интенсивной закачке.

В скважинах, зонах, достигших проектной выработки.

При наличии межпластовых перетоков.

На втором этапе тестирование по физическим параметрам скважины проводится совместно геологическими службами ЦДНГ и КРС.

Подготовка инструмента, труб и подземного оборудования.

Все оборудование, эксплуатация которого связана с ГРП, находится на балансе ПКРС.

Весь инструмент и оборудование, включая колонный скребок, пакер ГРП, устьевую головку ГРП, комплект НКТ - 89х5,5, паспортизируется. В паспорте отображается наработка комплекта или оборудования и проведенные ремонты.

Ремонт герметизирующей головки ГРП, пакера ГРП и скребка осуществляется на базе УКРС.

Комплект труб НКТ 89х5,5 после проведения 10 гидроразрывов переопрессовывается и отбраковывается на центральной трубной базе Управления по ресурсам. После восстановления резьб комплекты НКТ переукомплектовываются.

2. 2.5 Расчёт показателей ГРП

Исходные данные:

1. Глубина скважины:

2. Вскрытая толщина пласта:

3. Внутренний диаметр НКТ:

4. Плотность жидкости разрыва и жидкости песконосителя:

5. Вязкость жидкости разрыва и жидкости песконосителя:

6. Количество закачиваемого в скважину песка:

7. Диаметр зерна песка:

8. Темп закачки:

Решение:

Рассчитываем вертикальную составляющую горного давления:

где
плотность горной породы над продуктивным горизонтом.

Рассчитываем горизонтальную составляющую горного давления:

где
коэффициент Пуассона горных пород.

Рассчитываем забойное давление разрыва:

где К - коэффициент, принимаемый равным 1,51,8 МПа/м.

4. Рассчитываем объёмную концентрацию песка в смеси:

(2.4)

где С п – концентрация песка в 1 м 3 жидкости:

плотность песка.

Рассчитываем плотность жидкости песконосителя:

Рассчитываем вязкость жидкости с песком:

Рассчитываем число Рейнольдса:

Рассчитываем коэффициент гидравлических сопротивлений:

(2.8)

Рассчитываем потери давления на трение жидкости песконосителя:

Т.к. Re > 200, то потери давления на трение увеличивают в 1,52 раза.

Рассчитываем давление на устье скважины при закачки жидкости песконосителя:

При работе агрегата 4АН-700 на 4 скорости:

Р р =29МПа – рабочее давление агрегата;

Q р =0,0146м 3 /с – подача агрегата;

К тс =0,5-0,8 – коэффициент технического состояния агрегата.

Найдем необходимое число агрегатов:

Необходимо число агрегатов: 2

Рассчитываем объём продавочной жидкости:

Рассчитываем объём жидкости для осуществления ГРП:

(2.14)

Рассчитываем суммарное время работы одного агрегата 4АН-700 на IV скорости:

Вывод: основные характеристики ГРП в добывающей скважине № 117 Южно – Сургутского месторождения следующие:

забойное давление разрыва: Р заб =39,6 МПа;

давление на устье скважины: Р у =28,3 МПа;

объём продавочной жидкости: V п =11,2 м 3 ;

объём жидкости для осуществления ГРП: V ж =90 м 3 ;

время работы: t=115,5 мин.

Для осуществления данного ГРП необходимо задействовать 2 насосных агрегата: 4АН-700.

Гидравлический разрыв пласта (ГРП) - процесс обработки призабойной зоны пласта с целью образования новых, расширения и углубления естественных трещин в породах призабойной зоны скважины для улучшения условий притока пластовой жид­кости в скважину. Цель достигается созданием высокого гидравлического давления на стенки скважины (в 1,5-2,5 раза превышающего гидростатическое) с последующим за­полнением трещин специальным крупнозернистым наполнителем для предотвращения их обратного смыкания.

До начала работ по ГРП в процессе строительства скважин проводится вто­ричное вскрытие продуктивного пласта. В случае выполнения операции ГРП субподрядным предприятием и необходимости проведения работ по вторичному вскрытию продуктивного пласта в целях повышения эффективности ГРП (оптимизации параметров процесса) работы по вторичному вскрытию выполняет субподрядное предприятие.

Гидроразрыву пласта могут предшествовать специальные работы по: исследо­ванию скважины на приток (приемистость); гидропескоструйной перфорации; солянокислотной обработке; перестрелу перфорационных отверстий фильтра в работающих скважинах.

Решение о проведении в скважине ГРП и, предшествующих ГРП, специальных ра­бот принимает геологическая служба нефтедобывающего предприятия, которое указы­ваются в задании на проектирование строительства или проведение капитального ре­монта скважин.

В скважинах с близким расположением продуктивного пласта к водогазонапорным пластам (менее 5м) проведение ГРП не рекомендуется.

Работы по гидроразрыву пласта в процессе строительства скважин могут про­водиться непосредственно после вторичного вскрытия продуктивного пласта (при на­личии достаточной информации для принятия решения), а, также, после освоения сква­жины с вызовом притока и последующего проведения гидродинамических исследова­ний.

Виды ГРП.

В намеченном интервале с помощью гидропескоструйного перфоратора нарезают вертикальные и горизонтальные щели (в зависимости от желаемой направленности будущих трещин).

В качестве жидкости разрыва используют керосино-кислотную или конденсато-кислотную эмульсию, которые растворяют карбонатные породы на поверхности трещин и расширяют их. Для известняков время реакции эмульсии должно быть не менее суток, а для карбонатных пород с меньшей растворимостью - 2 - 3 суток.

Поинтервально-направленный ГРП. При поинтервальном направленном гидроразрыве способом «снизу-вверх» вначале по карротажной диаграмме намечают интервалы разрыва. В заполненную меловым раствором скважину спускают НКТ с гидропескоструйным перфоратором. Нижний интервал перфорируют в трёх положениях перфоратора, поворачивая его каждый раз на 30 о. Перфорационные каналы располагаются в одной плоскости. Затем НКТ с перфоратором поднимают на поверхность, а в скважину спускают насосно-компрессорные трубы с пакером, который устанавливают выше проперфорированного интервала.

Производят гидроразрыв пласта в надрезанном интервале. После этого НКТ с пакером поднимают на поверхность, а в скважину опускают НКТ с перфоратором, чтобы провести перфорацию второго снизу выбранного для ГРП интервала. Описанные операции повторяют для всех выбранных интервалов.

После окончания поинтервального ГРП скважину промывают и спускают насосно-компрессорные трубы до забоя. Затем её осваивают и продувают. Целью удаления из пласта мелового раствора производят соляно-кислотную обработку. Объём закачиваемой кислоты берётся равным поглощенному объёму мелового раствора. Через 5 - 6 часов скважину вновь осваивают и продувают. Затем скважину передают в эксплуатацию.

Поинтервальный направленный ГРП «сверху-вниз» отличается тем, что вначале обрабатывается верхний интервал, затем второй сверху (первый при этом располагается выше пакера) и т.д. до самого нижнего интервала.

Ненаправленный многократный ГРП. Технология проведения ненаправленного многократного ГРП следующая. Вначале поводят простой ГРП. После закачки песка в первые порции продавочной жидкости вводится закупоривающий материал - резиновые или капроновые шарики, резиновая дробь, крупные дубовые опилки, а также смесь 3 %-ого водного раствора КМЦ с вязкостью 90 сП с мелом. На 100л такой смеси требуется 30кг мела фракции 5 - 7мм и 100кг мела фракции менее 5мм. Закупоривающий материал закачивают в количестве необходимом для перекрытия перфорированного участка колонны в интервале 2 – 2,5м.

С помощью указанных веществ перекрывают устье трещины и в скважине, вновь, производится гидроразрыв в каком-то интервале.

Разрыв проводится также обычным способом, и по его окончании в скважину вновь вводят закупоривающий материал. Перекрыв устье второй трещины, вновь проводят ГРП и т.д.

Описанный способ не требует специальных работ по перфорации колонны и дополнительных работ по спуску и подъёму НКТ, но пи этом местоположение трещин неуправляемо.

Гидравлический разрыв пласта (ГРП или фрак, от английского hydraulic fracturing) является неотъемлемым процессом стимуляции скважины в процессе добычи нефти и газа из сланцевых пород.

Еще не так давно вокруг ГРП было очень много разговоров и очень многие организации выступали против разрешения на проведение ГРП. Главным аргументом против ГРП выдвигалась теория о том, что ГРП очень сильно загрязняет подземные источники пресной воды, вплоть до того, что из-под крана начинает течь вода с примесями газа, которые можно поджечь, о чем, кстати, был снят ролик, который попал во многие передачи и выпуски новостей.

1. В начале разберемся с тем, что вообще такое ГРП, т.к. многие этого не знают. Традиционно нефть и газ добывались из песчаных пород, которые обладают высокой пористостью. Нефть в таких породах может свободно мигрировать среди песчинок к скважине. Сланцевые породы наоборот, имеют очень низкую пористость, а нефть в них содержится в трещинах внутри сланцевого пласта. Задача ГРП - увеличить эти трещины (или образовать новые), дав нефти более свободный путь к скважине. Для этого в нефтенасыщенный пласт сланца под высоким давлением нагнетается специальный раствор (на вид напоминающий холодец), состоящий из песка, воды и дополнительных химических добавок. Под высоким давлением нагнетаемой жидкости сланец образует новые трещины и расширяет уже имеющиеся, а песок (проппант) не дает трещинам сомкнуться, таким образом и улучшается проницаемость пород. ГРП бывает двух видов - проппантный (с использованием песка), и кислотный. Тип ГРП выбирается на основе геологии разрываемого пласта.

Справа, на фотографии - блок манифольдов, слева - насосные трейлера, далее - арматура и за ней кран. Каротажная машина находится слева, за трейлерами. Ее видно на других фотографиях.

2. Для проведения ГРП требуется довольно большое количество техники и персонала. Технически же процесс идентичен не зависимо от компании, проводящей работу. К арматуре скважины подключается трейлер с блоком манифольдов. К этому трейлеру подключаются насосные установки нагнетающие раствор ГРП в скважину. За насосными станциями устанавливается смесительная установка, возле которой устанавливают трейлера с песком и водой. За всем этим хозяйством устанавливают станцию контроля. С противоположенной стороны арматуры устанавливается кран и каротажная машина.

Так выглядит смеситель. Шланги идущие к нему - линии подключения воды.

3. Процесс ГРП начинается в смесителе, куда подается песок и вода, а так же химические добавки. Все это смешивается до определенной консистенции, после чего подается в насосные установки. На выходе из насосной установки раствор ГРП попадает в блок манифольдов (это что-то вроде общего смесителя для всех насосных установок), после чего раствор отправляется в скважину. Процесс ГРП не проводится за один подход, а проходит этапами. Составлением этапов занимается команда петрофизиков на основе акустического каротажа, как правило, открытой скважины, проведенной во время бурения. В течении каждого этапа каротажная команда ставит в скважине заглушку, отделяя интервал ГРП от остальной скважины, после чего производит перфорацию интервала. Затем проходит ГРП интервала, и заглушка снимается. На новом интервале ставится новая заглушка, снова проходит перфорация, и новый интервал ГРП. Процесс ГРП может длится от нескольких дней, до нескольких недель, а количество интервалов может доходить до сотни.

Помпы подключенные к блоку манифольдов. "Будка" на заднем плане - пункт контроля работы смесителя. Противоположенный вид, от будки, - на второй фотографии.

Помпы, используемые при ГРП оснащены дизельными двигателями мощностью от 1 000 до 2 500 л.с.. Мощные насосные прицепы способны нагнетать давление до 80 МПа, при пропускной способности 5-6 баррелей в минуту. Количество помп рассчитывается все теми же петрофизиками на основе каротажа. Высчитывается необходимое давление для разрыва пласта, и на его основе считается количество насосных станций. В течении работы количество используемых помп всегда превосходит расчетное количество. Каждая помпа работает в менее интенсивном режиме, чем это требуется. Делается это по двум причинам. Во-первых, это значительно сохраняет ресурс помп, во-вторых, при выходе из строя одной из помп она просто выводится из линии, а давление на остальных помпах слегка увеличивается. Таким образом поломка помпы не влияет на процесс ГРП. Это весьма важно, т.к. если процесс уже начат то остановка неприемлема.

5. Технология ГРП токовой не родилась вчера. Первые попытки "ГРП" предпринимались еще в 1900 года. Заряд нитроглицерина опускался в скважину, после чего детонировал. В то же время была опробования кислотная стимуляция скважин. Но оба метода, несмотря на раннее рождение, потребовали еще очень много времени, чтобы стать совершенными. Бум ГРП получил лишь в 1950-х годах, с развитием проппанта. Сегодня метод продолжает совершенствоваться и улучшаться. При стимуляции скважины продляется ее жизнь и увеличивается дебит. В среднем прирост нефтепотока к расчетному дебиту скважины составляет до 10 000 тонн в год. Кстати, ГРП проводится и на вертикальных скважинах в песчаннике, поэтому ошибочно думать, что процесс приемлем только в сланцевых породах и родился только что. Сегодня около половины скважин подвергаются ГРП стимуляции.

Вид на блок манифольдов от арматуры. Кстати, ходить среди трейлеров и труб можно лишь во время каротажа, когда в системе нагнетания нет давления. Любой человек, появившийся среди трейлеров с помпами или труб во время проведения ГРП увольняется на месте без разговоров. Безопасность прежде всего.

Тем не менее, с развитием горизонтального бурения очень многие люди стали высказываться против проведения стимуляций скважин, т.к. ГРП наносит вред окружающей среде. Было написано очень много трудов, снято видео и проведено расследований. Если читать все эти статьи, то все складно, но это только на первый взгляд, а мы же присмотримся к деталям.

Каротажная машина. Команда собирает заряды и готовит заглушку для проведения перфорации.

Самый главный аргумент против ГРП - загрязнение грунтовых вод химическими веществами. Что именно входит в состав раствора - тайна компаний, но кое-какие элементы все же разглашены и есть в открытых публичных источниках. Достаточно обратиться к базе данных по ГРП "ФракФокус", и можно найти общий состав геля (1, 2). На 99% гель состоит из воды, лишь оставшийся процент - химические добавки. Сам проппант не входит в данном случае в подсчет, т.к. не является жидкостью, да и безвреден. Итак, что же входит в оставшийся процент? А туда входят - кислота, противокоррозийный элемент, фрикционная смесь, клей и добавки для вязкости геля. К каждой скважине элементы из списка подбираются индивидуально, всего их может быть от 3 до 12, попадающих в одну из вышеперечисленных категорий. Действительно, все эти элементы токсичны, и не приемлемы для человека. Примером конкретных добавок являются например: Ammonium persulfate, Hydrochloric acid, Мuriatic acid, Ethylene glycol.

8. Как эти химические вещества могут подняться на верх минуя ловушки удерживающие нефть? Ответ мы находим в отчете Ассоциации по защите окружающей среды (3). Случиться это может либо из-за взрывов на скважинах, либо из-за разливов во время проведения ГРП, либо из-за разливов утилизационных бассейнов, либо из-за проблем с целостностью скважин. Первые три причины не в состоянии заразить источники воды на огромных площадях, остается лишь последний вариант, который сегодня официально подтвержден Академией наук США (4).

9. Кому интересно как отслеживается движение жидкостей внутри пород, то делается это с помощью так называемых трейсеров. Специальная жидкость, имеющая определенный радиационный фон, нагнетается в скважину. После чего в соседних скважинах, и на поверхности, ставят сенсоры, реагирующие на излучение. Таким образом можно смоделировать очень точно "общение" скважин между собой, а так же обнаружить утечки внутри обсадных колонн скважин. Не беспокойтесь, фон у таких жидкостей очень слабый, а радиоактивные элементы используемые при таких исследованиях очень быстро разлагаются не оставляя следов.

10. Нефть на поверхность поднимается не в чистом виде, а с примесями воды, грязи и различных химических элементов, в том числе и химическими добавками использованными во время ГРП. Проходя через сепараторы нефть отделяется от примесей, а примеси утилизируются через специальные утилизационные скважины. Говоря простым языком - отходы закачиваются обратно в землю. Обсадная труба зацементирована, но она ржавеет со временем, и в какой-то момент в ней появляется течь. Если труба имеет хороший цемент в затрубном пространстве - то это ржавчина не имеет значения, утечки из трубы не будет, если же цемента нет, или цементная работа была выполнена плохо - то жидкости из скважины попадут в затрубное пространство, откуда могут попасть куда угодно, т.к. течь может быть выше нефтяных ловушек. Эта проблема известна инженерам очень давно, и фокус на этой проблеме был заострен еще в начале 2000-х, т.е. задолго до обвинений в адрес ГРП. Еще тогда когда многие компании создали внутри себя отдельные ведомства отвечающие за целостность скважин и их проверку. Утечки могут приносить с собой в верхние слои пород много грязи, газа (не только природного, но и сероводорода), тяжелых металлов и способны заразить чистые источники воды и без химических элементов ГРП. Поэтому тревога поднятая сегодня является весьма странной, проблема существовала и без ГРП. Особенно это касается старых скважин, которым более 50 лет.

11. Сегодня регламенты многих штатов разительно быстро меняются, особенно это касается Техаса, Нью-Мексико, Пенсильвании и Северной Дакоты. Но к удивлению многих, - вовсе не из-за ГРП, а из-за взрыва платформы БП в Мексиканском заливе. Во многих случаях компании спешно проводят каротажи по проверке целостности обсадной трубы и цемента за ней, и передают эти данные в государственные комиссии. К слову заметить, что пока каротажи по целостности скважин официально никто не требует, но компании самостоятельно тратят деньги и делают данную работу. При неудовлетворительном состоянии скважины глушатся. Надо отдать должное инженерам, например из 20 000 скважин инспектированных в Пенсильвании, в 2008 году, было зарегистрировано лишь 243 случая утечек в верхние водные слои (5). Иными словами, ГРП не имеет отношения к заражению и газификации пресных вод, виной тому является плохая целостность скважин, которые не были заглушены вовремя. А токсичных элементов в нефтенасыщенных пластах полным полно и без химических добавок используемых во время проведения ГРП.

Другой аргумент, который приводят противники ГРП - чудовищное количество пресной воды требуемое для проведения операции. Воды для ГРП требуется действительно много. Отчет Ассоциации по защите окружающей среды дает цифры, всего с 2005 по 2013 года было использовано 946 млрд. литров воды, при том, что за это время было проведено 82 000 операций ГРП (6). Цифра интересная, если не задуматься. Как я упомянул до этого, ГРП начал широко использоваться с 50-х годов, но статистика начинается лишь с 2005, когда было начато массовое горизонтальное бурение. Почему? Хорошо было бы упомянуть общее количество операций ГРП и количество воды, израсходованное до 2005 года. Ответ на данный вопрос, частично, можно найти все в той же базе данных по ГРП "ФракФокус" - начиная с 1949 года было проведено более 1 миллиона операций ГРП (7). Так сколько же воды было использовано за это время? Об этом отчет почему-то не говорит. Наверное потому, что 82 тысячи операций как-то меркнут на фоне миллиона.

Так выглядит проппант. Его называет песком, на самом деле это не тот песок, который добывается в карьерах и в котором играют дети. Сегодня проппант изготавливается на специальных заводах, и бывает он разных видов. Обычно идентификация идет соразмерно песчинкам, например это - проппант 16/20. В отдельном посте непосредственно о процессе ГРП я подробно остановлюсь на типах проппанта и покажу его различные виды. А песком его называют потому, что при первом ГРП компания Халлибертон использовала обычный мелкий речной песок.

Вопросов к EPA (Environmental Protection Agency) тоже много. На EPA очень многие любят ссылаться, как на очень веский источник. Источник и в правду веский, но и веский источник может дать дезу. В свое время EPA нашумели на весь мир, проблема в том, что наделав шуму, мало кто знает чем все кончилось, а кончилась история весьма плачевно, для некоторых.

Справа - ковш смесителя. Слева - контейнер с проппантом. Проппант подается в ковш на конвейерной ленте, после чего смеситель забирает его в центрифугу, где происходит его смешение с водой и химическими добавками. После чего гель подается к помпам.

С EPA связано две очень интересные истории (8). Итак, первая история.
В пригороде Далласа, в городе Форт Ворс, нефтяная компания осуществляла бурение скважин для добычи газа, естественно с использованием ГРП. В 2010 году, региональный директор EPA, доктор (стоит обратить внимание на высокий статус и наличие хорошего, высшего, образования) Ал Армендариз, подал чрезвычайный иск в суд против компании. В иске говорилось что люди живущие вблизи скважин компании находятся в опасности, т.к. скважины компании газифицируют водные скважины находящиеся вблизи. В тот момент накал страстей вокруг ГРП был очень высок, и терпение ЖД комиссии Техаса взорвалось. Для тех, кто забыл - в Техасе вопросами земельного пользования и бурения занимается Железнодорожная комиссия. Была составлена научная группа, которую отправили для исследования качества воды.
Верхний метан в под Форт Ворсом находится на глубине 120 метров и никакой шапки не имеет, в то время как глубина водных скважин не превышала 35 метров, а ГРП проходящий на скважинах компании был осуществлен на глубине 1 500 метров. Так вот, оказалось, что никаких тестов для исследования пагубного влияния EPA не проводили, а просто взяли и заявили, - ГРП загрязняет пресную воду, и подали в суд. А комиссия, взяла и провела тесты. Проверив целостность скважин, взяв пробы грунта и проведя необходимые тесты комиссия вынесла единый вердикт - ни одна скважина не имеет утечек и к газификации пресной воды отношения не имеют. EPA проиграли два суда, компании и второй суд непосредственно ЖД комиссии, после чего директор EPA, - доктор Ал Армендариз уволился "по собственному желанию".

К слову, проблема газификации воды действительно есть, но она никак не связана с ГРП, а связана с очень неглубоким залеганием метана. Газ из верхних слоев постепенно поднимается наверх и попадает в водные скважины. Это естественный процесс, никак не связанный вообще с добычей и бурением. Такой газификации подвержены не только водные скважины, но и озера и родники.

Сразу за историей с нерадивым доктором из EPA, ЖД комиссия обратила свой взор на очень популярное видео, которое к тому моменту где только не показывали. Некий Стивен Липский, хозяин скважин с пресной водой, и консультант по вопросом окружающей среды Алиса Рич сняли видео, в котором они поджигают воду, идущую из-под крана. Водозабор производился из водных скважин Стивена. Вода загорелась, якобы, из-за высокой концентрации газа, в которой виновата нефтяная компания со своим злосчастным ГРП. На самом деле, при расследовании, оба обвиняемых сознались, что к системе трубопровода был подключен баллон с пропаном, и сделано это было с целью привлечения новостных ведомств, которое заставило бы людей верить в то, что ГРП виновато в газификации пресной воды. В данном случае было доказано, что Алиса Рич знала о фальсификации, но хотела передать заведомо ложные данные в EPA и между Алисой и Стивеном был сговор, для оклеветанная деятельности компании. Опять же, было доказано, что компания и процесс ГРП не наносят вреда окружающей среде. После этого инцидента, кстати, все как-то сконфуженно притихли относительно обвинений ГРП в газификации воды. Видимо отправляться за решетку никто не торопится. Или все разом поняли, что процесс этот естественен и был до появления ГРП?

Итак, подводя итог всему вышесказанному - любая деятельность человека наносит вред окружающей среде, - не исключение. ГРП, сам по себе, не наносит вреда окружающей среде, и в широком масштабе существует в промышленности уже более 60 лет. Химические добавки, закачиваемые в процессе ГРП на большую глубину не представляют никакой угрозы верхним водным слоям. Действительной проблемой сегодня является цементаж и сохранение целостности скважин, над которой компании усиленно работают. А химических элементов и грязи, которые способны отравить пресную воду, в нефтенасыщенных пластах хватает и без ГРП. Сам же процесс газификации естественен и о такой проблеме знали и без ГРП, с этой проблемой боролись и до ГРП.

Сегодня нефтяная промышленность намного чище и экологичнее, чем когда-либо в истории, и продолжает бороться за сохранение окружающей среды, а многие истории и байки идут от очень недобросовестных работников официальных ведомств. К сожалению, такие истории очень быстро остаются в памяти большинства людей, и очень медленно опровергаются фактами, которые мало кому интересны.
Так же нужно не забывать, что война с нефтяными компаниями была, есть и будет всегда, и дешевый газ в огромных объемах не всем ко двору.

Важно, дополнение:
В связи с тем, что в комментариях начали появляться упоминания про Пенсильванию и наличие газа в скважинах с пресной водой, я решил так же прояснить данный вопрос. Пенсильвания очень богата газом, и один из самых мощных бумов газового горизонтального бурения пришелся как раз на этот штат, в особенности на северную его часть. Проблема в том, что залежей газа (метана и этана) в штате несколько. Залежи верхнего газа называются Devonian, в то время как залежи глубокого сланцевого газа имеют название Marcellus. После детального молекулярного анализа состава газа, и проверки 1 701 водной скважины (с 2008 по 2011 года) на севере штата, был дан единый вердикт - в водных скважинах нет сланцевого газа, а присутствует метан и этан из верхнего слоя Devonian. Газификация скважин естественна и связана с геологическими процессами, идентично проблеме Техаса. Процесс ГРП никак не способствует миграции сланцевого газа на поверхность.

Кроме того, в Пенсильвании, в связи с тем, что это был один из первых штатов в США вообще, сохранилось очень, очень много документов, уходящих в историю вплоть до начала 1800-х годов, в которых упоминаются горящие ручьи, а так же воспламеняющиеся источники воды, с обильной концентрацией газа в ней. Есть масса документов, в которых упоминается наличие очень высокой концентрации метана на глубине 20, лишь 20 метров! Масса документов указывает на очень высокую концентрацию метана в реках и ручьях, более 10 mg/L. Поэтому, в отличие от Техаса, где о подобных документах я лично ничего не слышал, в Пенсильвании проблема газификации была задокументированная еще до начала вообще хоть какого-либо бурения как такового. Поэтому о каком вреде ГРП идет речь, если есть документы которым более 200 лет, а так же молекулярно доказано, что газ в водных скважинах не является сланцевым? Организации, борющиеся с ГРП о таких документах почему-то забывают, либо подобными исследованиями не занимаются и не интересуются.

Так же стоит обратить внимание на то, что Пенсильвания является одним из штатов, который требует у операторов анализа качества пресной воды, согласно Акту 13, до начала бурения, для отслеживания уровня возможного загрязнения. Так вот, при анализе качества воды, почти всегда допустимая концентрация растворенного газа, 7000 μg/L, является превышенной. Вопрос, почему тогда люди не жаловались на состояние здоровья, экологию и загубленную землю на протяжении двухсот лет, а вдруг спохватились массово жаловаться с началом газового бурения? (9).
Газификация естественна, и не является следствием ГРП и бурения вообще, эта проблема есть в любой стране, с залежами газа на поверхности.