Движение проппанта в обсадной колонне ГРП было зафиксировано, но насколько это действительно важно для сланцевых скважин?

Проппант состоит из частиц размером с песок, вводимых вместе с жидкостью для гидроразрыва во время операции гидроразрыва. В сланцевых нефтяных и газовых скважинах жидкость для гидроразрыва обычно представляет собой воду с добавлением небольшого количества понизителя трения (например, мыла) для снижения давления закачки гидроразрыва. Назначение расклинивающего наполнителя состоит в том, чтобы предотвратить смыкание искусственных трещин в пласте после прекращения гидроразрыва пласта и снижения повышенного давления.

В скважинах, добывающих сланцевую нефть и сланцевый газ, в качестве расклинивающего наполнителя используется смесь песка с размером ячеек 100 и 40-70 меш, и оба эти зерна имеют диаметр менее миллиметра. Такие маленькие размеры частиц песка необходимы для переноса песка через узкие трещины в сети трещин, созданной операцией гидроразрыва. Более крупный песок забьет сеть и его нельзя будет закачивать — это было обнаружено в первые дни сланцевой революции.

Как правило, горизонтальные скважины в сланцах имеют длину две мили и закачиваются с помощью 40 отдельных операций или стадий гидроразрыва пласта. Длина каждой ступени составляет примерно 250 футов, а металлический кожух содержит 10-20 групп перфораций, по несколько перфораций в каждой группе. В идеале горизонтальная скважина должна быть полностью перфорирована этими отверстиями.

Путь потока зерна расклинивающего наполнителя неуловим. Сначала зерно должно сделать изгиб под прямым углом, чтобы не стекать по оболочке в перфорацию. Затем он сталкивается со сложной геометрией трещины — возможно, главная трещина разветвляется на второстепенные трещины, как ствол дерева разветвляется на ветки, а затем на ветки.

Сможет ли зерно проппанта пройти во все эти трещины или некоторые из них слишком узкие? Песчинка 100 меш может протиснуться в более узкую трещину, тогда как зернистость 40-70 не может.

Улучшение добычи нефти и газа за счет использования проппантов с размером зерен менее 100 меш. документально, и предполагает, что имеет смысл помещать даже крошечные зерна проппанта в более мелкие трещины, чтобы держать их открытыми для потока молекул нефти или газа. Один из таких проппантов называется DEEPROP.

Новые испытания вытекания проппанта из обсадной колонны.

Недавно некоторые новые тесты было сделано, чтобы исследовать расход пропанаt через саму обсадную трубу, что означает короткий отрезок горизонтальной обсадной колонны, перфорированной для выпуска жидкости для гидроразрыва. Это не подземные испытания — трубопровод проложен в ванне на поверхности, и в ванну поступает расклинивающий наполнитель и жидкость, выходящая через перфорацию.

Большое количество операторов поддержало этот проект, в котором использовались различные перфорационные кластеры с различными зарядами перфорации, конструкциями и ориентациями. Были изучены различные скорости закачки, размеры проппанта и качество песка.

Оборудование для тестирования было максимально реалистичным. Обсадная труба была стандартной 5.5 дюймов, как и диаметр перфорации. Скорость закачки достигала 90 баррелей в минуту, что никогда ранее не использовалось при тестировании движения проппанта.

Был протестирован один этап гидроразрыва путем перфорации различных кластеров вдоль трубы длиной около 200 футов. У каждого перфорированного кластера был свой кожух, который направлял захваченную жидкость и проппант в свой резервуар, чтобы их можно было измерить.

Результаты были представлены для двух разных наборов кластеров: 8 кластеров на этапе с 6 перфорациями в каждом кластере или 13 кластеров на этапе с 3 перфорациями в каждом кластере. Испытатели использовали либо песок с размером ячеек 40-70 меш, либо песок с размером меш 100, наносимый жидкой жидкостью, нагнетаемой со скоростью 90 ударов в минуту.

В этих документах SPE сообщается, что утечка проппанта через перфорированные кластеры в ванночки неравномерна:

· Некоторые изделия с расклинивающим наполнителем, в частности, с крупными размерами ячеек, такими как 40-70 меш, проходят мимо перфораций первой группы и не попадают в пласт до тех пор, пока не пройдут дальше этой стадии. Эти более крупные частицы имеют больший импульс.

· Более мелкие частицы расклинивающего наполнителя, такие как 100 меш, более равномерно попадают в кустовые отверстия.

· Конструкции с ограниченным входом были разработаны с использованием всего одной перфорации на группу в верхней части обсадной колонны.

· В частности, для более крупного проппанта перфорации в нижней части обсадной колонны притягивают слишком много проппанта (эффект силы тяжести) и могут увеличиваться в результате эрозии, так что меньше проппанта попадает в группы перфораций дальше по стадии гидроразрыва.

Выход проппанта из обсадной колонны неравномерный.

Все тесты выявили неравномерное распределение выхода проппанта. В таблице показано соотношение наибольшего проппанта, выходящего из кластера: наименьшего проппанта, выходящего из кластера (т.е. максимального проппанта: минимального проппанта), а также второго по величине проппанта: второго по величине проппанта. Эти отношения указывают на неравномерность — большее соотношение означает более неравномерное распределение, и наоборот.

Результаты показывают, что проппант 40-70 меш (большие соотношения) распределяется менее равномерно, чем проппант 100 меш (меньшие соотношения) – в обоих кластерных сценариях.

Интерпретация, приведенная в отчетах, заключается в том, что большее количество проппанта 40-70, будучи более крупными и тяжелыми песчинками, имеет тенденцию переноситься своим импульсом мимо более ранних кластеров производительности, прежде чем выйти в более поздние кластеры производительности, по сравнению с проппантом 100 меш. .

Это не так идеально, потому что цель состоит в том, чтобы равномерно распределить проппант по всем блокам перфорации за одну стадию гидроразрыва. Но теперь к большому вопросу, насколько это меняет ситуацию?

Задача состоит в том, чтобы оптимизировать процедуры так, чтобы распределение выхода проппанта было более равномерным. Из отчетов результаты испытаний были включены в вычислительную гидродинамическую модель (СПЕ 209178). Этот подход был встроен в консультационную программу по гидроразрыву под названием StageCoach.

Между тем, в отчетах говорится, что «неравномерный поток проппанта в обсадной колонне может быть столь же важным, как изменчивость пласта и затенение напряжения». Давайте посмотрим на это глубже.

Другие источники изменчивости добычи сланца.

Реальный вопрос заключается в том, насколько важно неравномерное распределение проппанта для добычи сланцевой нефти и газа?

Большая изменчивость сланцевых нефтяных и газовых скважин документально. Например, горизонтальные скважины в сланцах Барнетт типичной длины 4000-5000 футов показывают, что нижние 10% скважин дают менее 600 тыс. футов в сутки, а верхние 10% скважин дают более 3,900 тыс. футов в сутки.

Известно, что несколько других факторов способствуют широкой изменчивости дебитов сланцевой нефти или газа.

Если длина горизонтальной скважины и ориентация скважины нормализованы для устранения их изменчивости, то этапы гидроразрыва пласта, размер проппанта и количество проппанта можно считать эффектами первого порядка. Эти эффекты первого порядка были расставлены по приоритетам и оптимизированы в более зрелых сланцевых месторождениях.

Кроме того, существуют геологические свойства, такие как естественные трещины в сланце, внутреннее напряжение и трещиностойкость сланцевой породы. Они считаются эффектами второго порядка, потому что их гораздо сложнее измерить количественно. Усилия по минимизации этих источников изменчивости включают каротаж горизонтальной скважины, установку оптического кабеля или акустических приборов или микросейсмических сейсмоприемников для измерения распространения трещины и взаимодействия с местной геологией вдоль горизонтальной скважины.

На фоне этих источников изменчивости распределение выходного отверстия обсадной колонны и однородность расклинивающего наполнителя имеют сравнимое значение с другими эффектами второго порядка, такими как геология и изменения напряжения вдоль горизонтальной скважины. Невозможно, чтобы однородность выхода из обсадной колонны могла объяснить изменчивость дебита между 600 и 3,900 тыс. футов в сутки, наблюдаемую в сланцах Барнетт.

Другими словами, критически важно, чтобы проппант выходил из большинства продуктивных кластеров в созданные трещины. Это было достигнуто путем закачки очень мелкого проппанта, 100 меш или 40-70 меш (а часто и того и другого), а также оптимизации концентрации и количества проппанта для конкретного сланцевого пласта.

Это 90% цели, которая была достигнута с замечательным успехом в сланцевой революции последних 20 лет. Таким образом, из новых наземных испытаний трудно увидеть, что незначительная изменчивость выходов проппанта из одного в другой кластер перфорации может оказать влияние первого порядка на добычу нефти или газа.

Но, возможно, результаты других испытаний, других испытаний в этом проекте покажут более значительное влияние на добычу сланца.