Достижения в области гидроразрыва пласта - низкотехнологичные, высокотехнологичные и климатические технологии.

Конференция по технологиям гидроразрыва пласта (HFTC) прошла в Вудлендсе, штат Техас, 1-3 февраля 2022 года. Пандемический перерыв, похоже, наконец-то закончился, пока не появится никаких радикально новых вариантов.

Перерыв не остановил инновации, которые всегда были ключевым компонентом нефтегазовой отрасли. Вот несколько последних событий, некоторые из которых были опубликованы HFTC.

Низкотехнологичные достижения.

Увеличение количества скважин, которые должны быть завершены в 2022 году, а также удлинение горизонтальных участков скважин предвещают скачок добычи песка для гидроразрыва. Но нынешние песчаные шахты, которые в наши дни чаще всего находятся в бассейне, пострадали от снижения цен и технического обслуживания в последние несколько лет и, возможно, не смогут удовлетворить потребности.

Насосы в дефиците. Операторы цепляются за насосы, которые нуждаются в ремонте или модернизации, поскольку их количество в аренду ограничено.

Некоторые операторы в Перми бурят более длинные горизонтальные скважины. Данные показывают снижение затрат на бурение и заканчивание скважин на 15-20% по сравнению с прошлыми годами, отчасти потому, что скважины можно бурить быстрее. Одна компания пробурила горизонтальную скважину длиной 2 мили всего за 10 дней.

Это сравнение показывает более быстрое бурение: на пике бурения в Перми в 2014 году 300 буровых установок пробурили менее 20 миллионов боковых футов за год. В прошлом, 2021 году, менее 300 буровых установок пробурили 46 миллионов футов — замечательный результат.

Одной из причин является растущее использование дизайна одновременного ГРП, когда две соседние скважины перфорируются и подвергаются гидроразрыву одновременно, что на 70% быстрее, чем при традиционном дизайне ГРП с застежкой-молнией.

Добыча нефти на фут увеличивается с увеличением горизонтальной длины от 1 до 2 миль. Хотя длина большинства скважин в Перми сейчас составляет не менее 2 миль, некоторые операторы выходят за рамки. У одного оператора почти 20% скважин имеют длину 3 мили, и они довольны результатами.

Но некоторые сообщают о неоднозначных результатах по производительности на фут. В то время как некоторые более длинные скважины остались прежними, некоторые скважины упали на 10-20% при длине от 2 до 3 миль. Окончательного результата пока нет.

В качестве дополнения к этому можно привести огромное количество воды и песка, использованное для гидроразрыва 3-мильной горизонтальной скважины. Если экстраполировать данные, полученные из типичного колодца длиной 2 мили в 2018 году, на колодец длиной 3 мили, мы обнаружим, что общие объемы воды вырастут с 40 до 60 футов над лужайкой футбольного стадиона – и это поднимает вопросы об источнике воды. вода гидроразрыва. Аналогичная картина наблюдается и в отношении общего объема песка, который увеличился с 92 железнодорожных контейнеров до 138 контейнеров. И это только для одной скважины

Высокие технологии.  

На устье скважины больше внимания уделяется сбору большего количества данных и их диагностике для улучшения гидроразрыва в горизонтальных скважинах. 

Связь в ближнем поле.

Компания Seismos разработала инновационную диагностику, которая может определить, насколько хороша связь между стволом скважины и пластом, что является ключом к притоку нефти в горизонтальную скважину.

Акустический импульс используется для измерения гидравлического сопротивления в призабойной зоне скважины, подвергшейся гидроразрыву. Этот показатель называется NFCI, что означает индекс связности ближнего поля, и его можно измерить по всей длине горизонтальной скважины. Показано, что NFCI коррелирует с добычей нефти на каждой стадии ГРП.

Исследования показали, что NFCI зависит от:

· Геология коллектора – хрупкие породы дают более высокие значения NFCI, чем пластичные породы.

· Близость других скважин, которые могут вызывать напряжения, вызывающие изменение числа NFCI вдоль горизонтальной скважины.

· Добавление отклонителя или использование конструкции ГРП с ограниченным входом, что может повысить значения NFCI на 30%.

Мониторинг давления в герметичном стволе скважины.  

Еще одним примером высоких технологий является SWPM, что означает «мониторинг давления в закрытой скважине». Горизонтальная контрольная скважина, заполненная жидкостью под давлением, стоит отдельно от другой горизонтальной скважины, подлежащей гидроразрыву по всей длине. Манометры в контрольной скважине фиксируют малейшие изменения давления во время операций гидроразрыва.

Процесс был разработан компаниями Devon Energy и Well Data Labs. С 2020 года было проанализировано более 10,000 40 стадий гидроразрыва – обычно 2 на XNUMX-мильном отводе.

Когда трещины распространяются от данной стадии ГРП и достигают мониторной скважины, фиксируется скачок давления. Первая отметка сверяется с объемом закачанной жидкости гидроразрыва, называемым VFR. VFR можно использовать в качестве показателя эффективности кластерного гидроразрыва и даже для определения геометрии трещины. 

Другая цель может заключаться в том, чтобы понять, может ли истощение пласта из-за ранее существовавшей родительской скважины повлиять на рост трещин. Новая трещина имеет тенденцию направляться к истощенной части коллектора.

Прискважинное напряжение от оптоволоконного кабеля.   

Волоконно-оптический кабель можно протянуть вдоль горизонтальной скважины и прикрепить к внешней стороне обсадной трубы. Оптический кабель защищен металлической оболочкой. Лазерный луч направляется вниз по кабелю и улавливает отражения, вызванные незначительным обжатием или расширением (т.е. растяжением) кабеля, когда геометрия трещины в скважине изменяется из-за изменения давления в скважине во время добычи нефти.

Точное время фиксируется, когда происходит отражение лазера, и это можно использовать для расчета того, какое место вдоль кабеля было обжато — можно идентифицировать сегменты скважин диаметром всего 8 дюймов.

Лазерные сигналы связаны с геометрией и продуктивностью трещины на конкретном скоплении перфораций. Большое изменение деформации предполагает значительное изменение ширины трещины, связанной с этой перфорацией. Но отсутствие изменения деформации будет указывать на отсутствие трещины в этой перфорации или на трещину с очень низкой проводимостью.

Это только начало, и реальная ценность этой новой технологии еще не определена.

Климатические достижения.  

Это инновации, связанные с изменением климата и выбросами парниковых газов (ПГ), которые способствуют глобальному потеплению.

Электронный гидроразрыв.

В нефтяной отрасли одним из способов сокращения выбросов парниковых газов является экологизация собственной деятельности нефтегазовыми компаниями. Например, используя вместо дизельного топлива природный газ, ветровую или солнечную электроэнергию для операций по гидроразрыву.  

На открытии пленарного заседания HFTC старший вице-президент Майкл Сегура заявил, что компания Halliburton является одним из основных игроков на рынке электрических флотов гидроразрыва или технологии электронного гидроразрыва. Фактически, технология электронного ГРП была инициирована компанией Halliburton в 2016 году и коммерциализирована в 2019 году.

Сегура сказал, что преимущества заключаются в экономии топлива, а также сокращении выбросов парниковых газов до 50%. Он заявил, что это «довольно заметное влияние на профиль выбросов в нашей отрасли».

Он также сказал, что компания взяла на себя «большие обязательства по разработке оборудования и технологий, таких как гидроразрыв с использованием сети». Очевидно, речь идет об использовании электроэнергии из сети, а не от газовых турбин, работающих на устьевом газе или источниках КПГ или СПГ.

По словам одного наблюдателя, наиболее распространенные электронные флоты используют устьевой газ для работы газовых турбин для выработки электроэнергии, которая питает флот. Это сокращает выбросы парниковых газов на две трети и означает, что в рамках данной лицензии на выбросы парниковых газов можно будет построить больше скважин.

Электронный ГРП в настоящее время занимает лишь около 10% рынка, но ожидается, что мировой спрос на снижение выбросов ПГ приведет к росту использования электронного ГРП, при котором обычно можно достичь 50% сокращения выбросов ПГ.

Геотермальный.  

Геотермальная энергия является экологически чистой по сравнению с ископаемым топливом, поскольку она извлекает из подземных пластов энергию в виде тепла, которое можно преобразовать в электричество.

Hot Dry Rock — название метода получения геотермальной энергии путем гидроразрыва гранита в горах недалеко от Национальной лаборатории Лос-Аламоса (LANL) в Нью-Мексико. Это было в 1970-е годы.

Идея, придуманная в LANL, была довольно простой: пробурить наклонную скважину в граните и провести гидроразрыв скважины. На некотором расстоянии пробурите вторую скважину, которая соединится с трещиной(ами). Затем закачайте воду в первую скважину через трещину(ы), где она будет собирать тепло, а затем во вторую скважину, где горячая вода сможет привести в действие паровую турбину для производства электроэнергии.

Идея была простой, но результаты трещин были далеко не простыми – сеть крошечных трещин, которая усложняла и уменьшала поток воды во вторую скважину. Эффективность была невелика, а процесс был дорогим.

Эта концепция была опробована во многих других местах по всему миру, но все еще находится на пороге коммерческой доступности.

Джон МакЛеннон из Университета Юты рассказал на пленарном заседании HFTC о новом плане. Он является частью команды, которая хочет расширить концепцию за счет бурения горизонтальных скважин вместо почти вертикальных и внедрения новейших технологий гидроразрыва на нефтяном месторождении. Проект называется Enhanced Geothermal Systems (EGS) и финансируется Министерством энергетики США (DOE).

В рамках проекта в марте 11,000 года была пробурена первая из двух скважин глубиной 2021 300 футов. Подход заключается в том, чтобы провести гидроразрыв первой скважины и нанести на карту трещины для разработки плана стимуляции второй скважины в 600 футах от первой скважины, который обеспечит необходимую связь между две скважины. Если это сработает, они планируют адаптировать работу к двум скважинам, расположенным на расстоянии XNUMX футов друг от друга.

Немного иронично, что технология скважин, разработанная для революции в сланцевой нефти и газе, может быть использована в качестве чистого источника энергии, который поможет заменить энергию ископаемого топлива.

Другая версия, финансируемая Министерством энергетики и Университетом Оклахомы, заключается в производстве геотермальной энергии из четырех старых нефтяных скважин и использовании ее для отопления близлежащих школ.

Несмотря на энтузиазм в отношении подобных проектов, Билл Гейтс утверждает, что геотермальная энергия внесет лишь скромный вклад в мировое энергопотребление:

Около 40 процентов всех колодцев, вырытых для геотермальных источников, оказываются неэффективными. А геотермальная энергия доступна только в определенных местах по всему миру; лучшими местами, как правило, являются районы с вулканической активностью выше среднего.