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

Перекачивание воды, смешанной с песком, во время гидроразрыва на предприятии Анадарко во Франктауне, штат Колорадо.

Проппант состоит из частиц размером с песок, закачиваемых жидкостью гидроразрыва во время операции гидроразрыва. В сланцевых нефтяных и газовых скважинах жидкостью гидроразрыва обычно является вода с добавлением некоторого количества понизителя трения (например, мыла), чтобы снизить давление закачки гидроразрыва. Целью проппанта является предотвращение закрытия искусственных трещин в пласте после прекращения гидроразрыва и исчезновения повышенного давления.

В скважинах на сланцевую нефть и сланцевый газ используемый проппант представляет собой смесь песка размером 100 меш и песка 40-70 меш, и оба этих зерна имеют диаметр меньше миллиметра. Такие малые размеры частиц песка необходимы для того, чтобы песок мог проходить через узкие трещины в сети трещин, созданной в результате операции гидроразрыва. Более крупный песок засорит сеть и его нельзя будет закачивать – это выяснилось в первые дни сланцевой революции.

Обычно горизонтальные скважины в сланцах имеют длину две мили и закачиваются с помощью 40 отдельных операций или стадий гидроразрыва. Длина каждой ступени составляет примерно 250 футов, а металлический корпус содержит 10-20 групп перфораций, по несколько перфораций в каждой группе. В идеале горизонтальный колодец тщательно перфорирован этими отверстиями.

Путь потока зерна проппанта неуловим. Сначала зерно должно совершить изгиб под прямым углом, чтобы не растекаться по оболочке в перфорацию. Затем он сталкивается со сложной геометрией трещины — возможно, основная трещина разветвляется на дополнительные трещины, как ствол дерева разветвляется на ветки, а затем на ветки.

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

Было задокументировано улучшение добычи нефти и газа за счет использования проппантов с размером зерен менее 100 меш, что позволяет предположить, что стоит 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 истечения проппанта из обсадной колонны.

Недавно были проведены некоторые новые испытания, в которых исследуется поток проппанта через саму обсадную колонну, то есть короткую горизонтальную обсадную колонну, перфорированную для выпуска жидкости гидроразрыва. Это не подземные испытания — трубопровод лежит в ванне на поверхности, и в ванне собирается проппант и жидкость, выходящая из перфорационных отверстий.

Большое количество операторов поддержали 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.

Аппаратное обеспечение для тестирования было максимально реалистичным. Обсадная колонна имела стандартный диаметр 5,5 дюйма, как и диаметры перфораций. Скорость закачки достигала 90 ударов в минуту (баррелей в минуту), что никогда раньше не использовалось при тестировании движения проппанта.

Была испытана одна стадия разрыва путем перфорации различных кластеров вдоль трубы длиной около 200 футов. Каждый перфорационный кластер имел собственный кожух, который направлял захваченную жидкость и проппант в собственный резервуар, чтобы их можно было измерить.

Результаты были представлены для двух разных наборов кластеров: 8 кластеров на этапе по 6 перформансов в каждом кластере или 13 кластеров на этапе по 3 перформанса в каждом кластере. Испытатели использовали песок размером 40-70 меш или песок 100 меш, переносимый скользкой водной жидкостью, перекачиваемой со скоростью 90 ударов в минуту.

В этих документах SPE сообщается, что выход проппанта через перфорационные кластеры в ванны происходит неравномерно:

· Некоторые изделия с проппантом, особенно с более крупными размерами ячеек, например, 40-70 меш, проходят мимо первых перфорационных отверстий кластера и не попадают в пласт до тех пор, пока не пройдут дальше на этом этапе. Эти более крупные частицы имеют больший импульс.

· Частицы проппанта меньшего размера, например, размером 100 меш, более равномерно попадают в перфорационные отверстия кластера.

· Были разработаны конструкции с ограниченным входом, в которых используется только одна перфорация на кластер в верхней части обсадной колонны.