Рух проппанту в обсадних трубах ГРП було прибито, але наскільки це дійсно важливо для сланцевих свердловин?

Розклинюючий наповнювач складається з частинок розміром з пісок, закачуваних рідиною гідророзриву під час операції гідророзриву. У сланцевих нафтових і газових свердловинах рідина для ГРП зазвичай являє собою воду з деяким зменшувачем тертя (наприклад, милом), доданим для зниження тиску перекачування ГРП. Мета проппанту полягає в тому, щоб запобігти закриттю індукованих тріщин у пласті після припинення розриву пласта і зникнення підвищеного тиску.

У свердловинах сланцевої нафти та сланцевого газу використовується проппант із сумішшю піску 100 меш і піску 40-70 меш, і обидва зерна мають розмір менше міліметра в поперечнику. Такі невеликі розміри частинок піску необхідні для того, щоб пісок проходив через вузькі тріщини в мережі тріщин, утвореної операцією гідророзриву. Більший пісок міг би закупорити мережу і не піддаватися закачування – це було з’ясовано в перші дні сланцевої революції.

Як правило, горизонтальні свердловини в сланці мають довжину дві милі і прокачуються за допомогою 40 окремих операцій або етапів гідророзриву. Кожна стадія має приблизно 250 футів у довжину, а металевий корпус містить 10-20 скупчень перфорацій з кількома перфораціями в кожній групі. В ідеалі горизонтальний колодязь ретельно перфорований цими отворами.

Шлях потоку зерна проппанту невловимий. Спочатку зерно має зробити вигин під прямим кутом, щоб з потоку вздовж кожуха потрапити в перфорацію. Потім він стикається зі складною геометрією зламу — можливо, основним переломом, який розгалужується на допоміжні переломи, як стовбур дерева поширюється на гілки, а потім на гілки.

Чи зможе зерно проппанту увійти в усі ці тріщини чи деякі з них занадто вузькі? Зерно піску розміром 100 меш може втиснутися у вужчий злам, коли зерно 40-70 не може.

Покращення видобутку нафти та газу за рахунок використання проппантів з розміром зерна менше 100 меш було задокументовано, і пропонує, що навіть крихітні зерна розклинювача проппанту варто отримати в менші тріщини, щоб вони залишалися відкритими для потоку молекул нафти або газу. Один з таких проппантів називається DEEPROP.

Нові випробування витікання проппанту з обсадної колони.

Останнім часом деякі нові випробування було зроблено, щоб розслідувати потік пропануt через саму обсадну колону, що означає коротку довжину горизонтальної обсадної колони, яка була перфорована, щоб випустити рідину ГРП. Це не підземне випробування — трубопровід лежить на баку на поверхні, а ванна збирає проппант і рідину, що виходить через перфорації.

Велика кількість операторів підтримала цей проект, в якому використовувалися різноманітні кластери перфорації з різними перфораційними зарядами, дизайном та орієнтацією. Досліджено різні швидкості перекачування, розміри проппанту та якість піску.

Тестування обладнання було максимально реалістичним. Корпус був стандартним 5.5 дюйма, як і діаметр перфорації. Швидкість накачування досягала 90 ударів на хвилину (барелів на хвилину), що ніколи раніше не використовувалося при випробуванні рухів проппанту.

Була перевірена одна стадія ГРП шляхом перфорації різних кластерів уздовж труби довжиною близько 200 футів. Кожен кластер перфорацій мав власний кожух, який спрямовував захоплену рідину та проппант у власний резервуар, щоб їх можна було виміряти.

Результати були представлені для двох різних наборів кластерів: 8 кластерів на стадії з 6 результатами в кожному кластері або 13 кластерів на стадії з 3 перфами в кожному кластері. Тестери використовували пісок розміром 40-70 меш або пісок 100 меш, що переносився рідиною для слизької води, яка перекачується зі швидкістю 90 ударів на хвилину.

У цих документах SPE повідомляється, що проппант витікає через перфораційні кластери і потрапляє в ванни нерівномірно:

· Деякі вироби проппанту, особливо з більшими розмірами вічок, наприклад 40-70 меш, пропливають повз перші перфорації скупчення і не потрапляють у пласт до наступного етапу. Ці більші частинки мають більший імпульс.

· Частинки проппанту меншого розміру, наприклад 100-меш, надходять у перфорації кластера більш рівномірно.

· Обмежені конструкції входу були розроблені з використанням лише однієї перфорації на кластер у верхній частині корпусу.

· Особливо для більшого проппанту, перфорації в нижній частині обсадної колони притягують занадто багато проппанту (ефект тяжіння) і можуть бути збільшені в результаті ерозії, так що менше проппанту потрапляє до перфорацій кластеру далі вздовж стадії ГРП.

Вихід проппанту з обсадної колони нерівномірний.

Усі випробування виявили нерівномірний розподіл проппанту на виході. У таблиці показано співвідношення найбільшого проппанту, що виходить із кластера: найменшого проппанту, що виходить із кластера (тобто максимальний проппант: мінімальний пропант), а також другий за величиною пропант: другий найнижчий проппант. Ці коефіцієнти є символом нерівномірності — більший коефіцієнт означає більш нерівномірний розподіл, і навпаки.

Результати показують, що проппант 40-70 меш (більші коефіцієнти) розподіляється менш рівномірно, ніж проппант 100 меш (нижчі коефіцієнти) – в обох кластерних сценаріях.

Інтерпретація, надана у звітах, полягає в тому, що більша частина проппанту 40-70, будучи більшими і важчими піщаними зернами, має тенденцію переноситися за своїм імпульсом за попередні кластери перфистентності перед тим, як вийти в більш пізні кластери проппанту, порівняно з пропантом 100 меш. .

Це не так ідеально, оскільки мета полягає в тому, щоб проппант рівномірно розподілився по всіх кластерах перфорації на одній стадії гідророзриву. Але тепер до великого питання, наскільки це має значення?

Завдання полягає в оптимізації процедур, щоб розподіл на виході проппанту був більш рівномірним. Зі звітів результати випробувань були включені в обчислювальну модель гідродинаміки (SPE 209178). Цей підхід був вбудований у консультаційну програму з розриву пластів під назвою StageCoach.

Між тим, у звітах стверджується, що «нерівномірний потік проппанту в обсадній колоні може бути настільки ж важливим, як мінливість пласта та затінення напруги». Давайте розглянемо це глибше.

Інші джерела мінливості видобутку сланцю.

Справжнє питання полягає в тому, наскільки важливим є нерівномірний розподіл проппанту для видобутку сланцевої нафти та газу?

Велика мінливість сланцевих нафтових і газових свердловин було задокументовано. Наприклад, горизонтальні свердловини в сланцю Барнетта типової довжини 4000-5000 футів показують, що нижні 10% свердловин виробляють менше 600 Mcfd, тоді як верхні 10% свердловин мають більше 3,900 Mcfd.

Відомо, що деякі інші фактори сприяють великій мінливості потоків сланцевої нафти або газу.

Якщо довжину горизонтальної свердловини та орієнтацію свердловини нормалізувати, щоб усунути їх мінливість, то стадії ГРП, розмір проппанту та кількість проппанту можна вважати ефектами першого порядку. Ці ефекти першого порядку були визначені пріоритетами та оптимізовані в більш зрілих сланцевих відходах.

Далі є геологічні властивості, такі як природні тріщини в сланцю, напруга на місці та тріщинність сланцевої породи. Вони вважаються ефектами другого порядку, оскільки їх набагато важче визначити кількісно. Зусилля звести до мінімуму ці джерела мінливості включають каротаж горизонтальної свердловини, встановлення оптичного кабелю або звукових приладів чи мікросейсмічних геофонів для вимірювання поширення тріщини та взаємодії з місцевою геологією вздовж горизонтальної свердловини.

З огляду на ці джерела мінливості розподіл на виході з обсадної колони та однорідність проппанту мають порівнянне значення з іншими ефектами другого порядку, такими як геологія та зміни напруги вздовж горизонтальної свердловини. Неможливо, щоб однорідність на виході з обсадної труби могла врахувати мінливість видобутку між 600 Mcfd і 3,900 Mcfd, як це спостерігається в Barnett Shale.

Інакше кажучи, важливе значення має вихід проппанту з більшості кластерів перфорації в створені тріщини. Це було досягнуто шляхом закачування дуже маленького проппанту, 100 меш або 40-70 меш (а часто і того, і іншого) та оптимізації концентрації та кількості проппанту для конкретного сланцевого пласта.

Це 90% мети, яка була досягнута з чудовим успіхом у сланцевій революції за останні 20 років. Тож із нових випробувань на поверхні важко побачити, що незначна зміна виходів проппанту з однієї групи перфорацій в іншу може мати вплив першого порядку на видобуток нафти або газу.

Але, можливо, результати інших випробувань, різних випробувань у цьому проекті виявлять більш значний вплив на видобуток сланцю.