Седем ключови факта за FGP Фрекинг или хидравлично разбиване: технология, история, оборудване

Тази технология, използвана за интензифициране на работата и увеличаване на добива на петролни кладенци за повече от половин век, предизвиква може би най -разгорещения дебат сред еколозите, учените, обикновените граждани и често дори самите работници от добивната промишленост . Междувременно сместа, която се изпомпва в кладенеца по време на хидравлично разбиване, се състои от 99% вода и пясък и само 1% химикали.

Какво възпрепятства извличането на масло

Основната причина за ниската производителност на кладенците, заедно с лошата естествена пропускливост на пласта и некачествената перфорация е намаляването на пропускливостта на зоната на пластовете. Това е името на района на резервоара около ствола на кладенеца, който е обект на най -интензивните ефекти на различни процеси, съпътстващи изграждането на кладенеца и последващата му експлоатация и нарушаващи първоначалното равновесно механично и физико -химично състояние на резервоара. Самото пробиване променя разпределението на вътрешните напрежения в околната скала. Намаляване на производителността на кладенеца при пробиване също се случва в резултат на проникването на сондажния флуид или неговия филтрат в зоната за формиране на дънната яма.

Лошата перфорация поради използването на перфоратори с ниска мощност, особено в дълбоки кладенци, където енергията на експлозията на заряди се абсорбира от енергията на високи хидростатични налягания, също може да бъде причина за ниската производителност на кладенците.

Намаляване на пропускливостта на зоната на образуване на дънни пластове се случва и по време на експлоатацията на кладенци, придружено от нарушаване на термобаричното равновесие в пластовата система и освобождаване на свободен газ, парафин и смола от асфалтови смоли от петрола, които запушват поровото пространство на резервоара. Отбелязва се и интензивно замърсяване на зоната за образуване на дънните пластове в резултат на проникването на работни течности в нея по време на различни ремонтни дейности в кладенците. Инжекционността на инжекционните кладенци се влошава поради запушване на поровото пространство на пласта с продукти на корозия, тиня, нефтопродукти, съдържащи се в инжектираната вода. В резултат на възникването на такива процеси, устойчивостта на филтрация на течност и газ се увеличава, дебитите на кладенците намаляват и се налага изкуствено да се повлияе на зоната на образуване на добив, за да се увеличи производителността на кладенците и да се подобри тяхната хидродинамика връзка с образуването.

Технологияфракинг

За да се подобри добивът на нефт, да се засили експлоатацията на нефтени и газови кладенци и да се увеличи инжекционността на инжекционните кладенци, се използва методът на хидравлично разбиване или фракиране. Технологията се състои в създаване на високопроводима фрактура в целевата формация под действието на флуид, подаван в нея под налягане, за да се осигури притока на произведената течност към дъното на кладенеца. След хидравлично разбиване дебитът на кладенеца, като правило, се увеличава рязко - или изтеглянето значително се намалява. Технологията за хидравлично разбиване дава възможност за „съживяване“ на неактивни кладенци, където добивът на нефт или газ по традиционни методи вече не е възможен или нерентабилен.

Хидравличното разбиване (хидравлично разбиване) е едно от най -ефективните средства за увеличаване на производителността на кладенците, тъй като води не само до интензифициране на разработването на резерви, разположени в дренажната зона на кладенеца, но и при определени условия прави възможно е значително да се разшири тази зона чрез въвеждане на лошо дренирани зони в производството и междинни слоеве - и следователно да се постигне по -високо крайно извличане на нефт.

Историяметод на хидравлично разбиване

Първите опити за засилване на добива на петрол от нефтени кладенци са направени през 1890 -те години. В Съединените щати, където производството на петрол се развиваше с бързи темпове по това време, метод за стимулиране на производството от тесни скали, използващ нитроглицерин, беше успешно изпитан. Идеята беше да се взриви нитроглицеринът, за да се смачкат стенените скали в дънната зона на кладенеца и да се осигури увеличаване на потока на петрола към дъното. Методът се прилага успешно от известно време, въпреки очевидната опасност.

Първото търговско успешно хидравлично разбиване е извършено през 1949 г. в САЩ, след което броят им започва да нараства драстично. До средата на 50-те години броят на извършените операции по хидравлично разбиване достига 3000 годишно. През 1988 г. общият брой на извършените работи по разрушаване надвишава 1 милион и това е само в Съединените щати.

Във вътрешната практика методът на хидравлично разбиване се използва от 1952 г. Пикът на приложение на метода е достигнат през 1959 г., след което броят на операциите намалява, а след това тази практика напълно спира. От началото на 70 -те до края на 80 -те години на миналия век хидравличното разбиване при производството на нефт в страната в промишлен мащаб не се извършва. Във връзка с въвеждането в експлоатация на големи петролни находища в Западен Сибир необходимостта от интензифициране на производството просто отпадна.

… И днес е

Възобновяването на практиката за използване на хидравлично разбиване в Русия започва едва в края на 80 -те години. Понастоящем водещите позиции по брой операции по хидравлично разбиване са САЩ и Канада. След тях е Русия, в която използването на технология за хидравлично разбиване се произвежда главно в петролни находища в Западен Сибир. Русия е практически единствената държава (без да се брои Аржентина) извън САЩ и Канада, където хидравличното разбиване е обичайна практика и се възприема доста адекватно. В други страни прилагането на технологията за разрушаване е трудно поради местните пристрастия и неразбирането на технологията. В някои от тях съществуват значителни ограничения за използването на технологията за хидравлично разбиване, до пълна забрана за нейното използване.

Редица експерти твърдят, че използването на технологията за разрушаване при производството на нефт е нерационален, варварски подход към екосистемата. В същото време методът се използва широко от почти всички големи петролни компании.

Използването на технологията за хидравлично разбиване е доста широко - от ниски до силно пропускливи резервоари в газови, газови кондензатни и нефтени кладенци. Освен това, с помощта на хидравлично разбиване, е възможно да се решат специфични проблеми, например да се премахне производството на пясък в кладенци, да се получи информация за свойствата на резервоара на изпитваните обекти в проучвателни кладенци и др.

През последните години развитието на технологиите за хидравлично разбиване в Русия е насочено към увеличаване на обема на инжектиране на проппант, производството на азотно фрактуриране, както и многоетапно хидравлично разбиване в резервоара.

Оборудване захидравлично разбиване

Оборудването, необходимо за хидравлично разбиване, се произвежда от редица предприятия, както чуждестранни, така и местни. Една от тях е фирмата ТРАСТ-ИНЖЕНЕРИНГ, която предлага широка гама от оборудване за хидравлично разбиване в стандартен дизайн, както и под формата на модификация, изпълнено по желание на клиента. .

Като конкурентно предимство на продуктите на TRUST-ENGINEERING LLC е необходимо да се отбележи високият дял на локализация на производството; прилагане на най -модерните технологии за проектиране и производство; използване на агрегати и компоненти от световни лидери в индустрията. Важно е също така да се отбележи високата култура на проектиране, производство, гаранция, следгаранционно и следпродажбено обслужване, присъща на специалистите на компанията. Оборудване за хидравлично разбиване, произведено от TRUST-ENGINEERING LLC, е по-лесно да се закупи поради наличието на представителства в Москва (Руска федерация), Ташкент (Република Узбекистан), Атирау (Република Казахстан), както и в Панчево (Сърбия) .

Разбира се, методът на хидравлично разбиване, както всяка друга технология, използвана в минната индустрия, не е без определени недостатъци. Един от недостатъците на фракирането е, че положителният ефект от операцията може да бъде отхвърлен от непредвидени ситуации, рискът от които при такава обширна намеса е доста висок (например е възможно непредвидено нарушение на херметичността на близкия водоем ). По същото време. хидравличното разбиване е един от най-ефективните методи за стимулиране на кладенеца днес, отваряйки не само нископропускливи пластове, но и резервоари със средна и висока пропускливост. Най -големият ефект от хидравличното разбиване може да бъде постигнат чрез въвеждане на интегриран подход към проектирането на хидравлично разбиване като елемент от системата за разработка, като се вземат предвид различни фактори, като проводимост на резервоара, система за поставяне на кладенец, енергиен потенциал на резервоара, механика на разрушаване, Характеристики на течността за разкъсване и проппант, технологични и икономически ограничения. ...

Директор на ИКТ СБ РАН доктор на физико -математическите науки Сергей Григориевич Черни.

Защо е необходимо хидравлично разбиване (хидравлично разбиване), защо е необходимо да се моделира, какво е усъвършенстван модел и кой се интересува от него - на тези и други въпроси отговаря директорът на Института по изчислителни технологии на СО РАН, Доктор на физико -математическите науки Сергей Григориевич Черни.

1. За какво служи хидравличното разбиване?

Хидравличното разбиване е изобретено за разработване на минерални находища и изграждане на подземни конструкции в трудни геоложки и физически условия - когато са необходими методи за контролирано разрушаване и разтоварване на скална маса, създаване на дренажни системи в тях, изолационни екрани и т.н. . Хидравличното разбиване заема специално място сред методите за интензифициране на експлоатацията на сондажи за добив на нефт и газ и увеличаване на инжектирането на нагнетателни кладенци. През 2015-2017 г. в Русия са извършвани 14-15 хиляди операции по хидравлично разбиване годишно, в САЩ-около 50 хиляди.

Методът на хидравлично разбиване се състои в създаване на високопроводим счупване в непокътната скална маса, за да се осигури потокът до дъното на кладенеца от газ, нефт, тяхната смес, кондензат и т.н. киселина. Инжекционното налягане е по -високо от налягането на счупване, така че се образува фрактура. За да се фиксира в отворено състояние, или проппантът се използва за заклиняване на фрактурата, или киселина, която корозира стените на създадената фрактура. Името проппант идва от английската абревиатура „подпорен агент“ - proppant. В това си качество например се използват кварцов пясък или специални керамични топчета, които са по -здрави и по -големи и следователно са по -пропускливи.

2. Защо се нуждаете от моделиране на хидравлично разбиване

Създаването на технология за хидравлично разбиване изисква моделиране на нейния процес. Това позволява прогнозиране на геометрията на счупване и оптимизиране на цялата технология за хидравлично разбиване. По -специално, много е важно да се осигури правилната форма на счупване в началния участък от разпространението му в близост до кладенеца. Той трябва да е свободен от остри завои, което може да доведе до появата на тапи, които запушват канала за изпомпване на добития нефт или газ. Възниква естествен въпрос: откъде да вземем геофизичните данни за резервоара, като пропускливост, порьозност, свиваемост, напрегнато състояние и други, необходими за работата на модела?

Този въпрос възниква много преди развитието на технологията за хидравлично разбиване и науката предлага много методи за определяне на различни параметри на проблема. Те включват анализ на сърцевини (скални проби, получени по време на пробиване) и множество сензори за налягане и деформация, инсталирани в различни части на кладенеца, и методи за сеизмично проучване, при които по времето на преминаване на еластични вълни, предизвикани от повърхността, те определят границите на различни материали в скалата и техните параметри и дори измервания на естествената радиоактивност, които могат да покажат например местоположението на глинените слоеве.

Геофизиците разполагат с доказани технологии, включително тези, базирани на полеви сондажи и геофизични измервания, за определяне на основните напрежения при възникване в непокътнат масив. Използва се и технология мини-фрактура, при която според параметрите, получени в процеса на създаване на малка фрактура, се калибрират модели, които ще предскажат поведението на по-голяма фрактура. Разбира се, никой от подходите не може да даде пълна картина, поради което методите за получаване на информация за резервоара непрекъснато се подобряват, включително в нашия институт. Например, ние показахме, че параметрите на разрушаването на скалата около кладенеца могат да бъдат определени чрез решаване на обратни задачи въз основа на модели на филтрация на сондажни кал и измерени зависимости от налягането в кладенеца. Ние също така определяме структурата и параметрите на зоната в близост до сондажа въз основа на резултатите от каросерията, решавайки обратната задача въз основа на уравненията на Максуел.

3. От колко време се извършва моделиране на хидравлично разбиване?

Относително отдавна, от 50 -те години на ХХ век, почти веднага след хидравличното разбиване като метод за увеличаване на производителността на кладенец започна да се използва. В същото време през 1955 г. е предложен един от първите модели на хидравлично разбиване-моделът на Христианович-Желтов, който е доразвит в работата на Гирцма и де Клерк и е известен в целия свят като Кристианович-Гирцма-де Клерк (KGD) модел. Малко по-късно бяха създадени още два добре известни, широко използвани модела: моделът на Perkins-Kern-Nordgren (PKN) и моделът с плоско-радиална фрактура. Тези три модела представляват съответно три основни геометрични концепции в различни плоски едномерни модели:

• разпространение на праволинейна пукнатина от линеен източник с безкрайна височина;
• разпространение на праволинейни пукнатини от линеен източник с крайна височина;
• радиално симетрично разпространение на пукнатина от точков източник.

Три основни концепции и техните модификации описват хидравличното разбиване доста добре за типичните ориентации на кладенеца в конвенционалните нефтени и газови находища, включващи вертикално или насочено сондиране и една хидравлична пукнатина на кладенец. Тези модели не са загубили своята актуалност и поради своята скорост се използват в съвременните симулатори на хидравлично разбиване, както за получаване на първична информация за фрактурата, така и за оптимизиране на параметрите на хидравлично разбиване.

Въпреки това, в момента, поради изчерпването на традиционните, лесно възстановими запаси, разработването на неконвенционални находища, които се характеризират с по -сложна структура на нефтените и газовите резервоари, заема все по -голямо място в света. Отличителни белези на такива резервоари са ниската (плътен пясък) и свръхниската (шистов газ и нефт) или, напротив, изключително високата (пясъчник с тежка нефт) пропускливост на резервоара, наличието на разклонена система от фрактури, която може да съдържа едно или повече семейства, ориентирани в различни посоки и пресичащи се. Много често развитието на такива нестандартни находища става икономически неизгодно без такова стимулиране на производството като хидравлично разбиване. В същото време традиционните модели на хидравлично разбиване не описват адекватно тези процеси и са необходими нови, по -сложни (модерни, усъвършенствани, подобрени) модели.

4. Може ли ICT SB RAS да реши проблема с моделирането на хидравлично разбиване за нестандартни полета

Разрушаването е сложна технология и разработването на модел на целия процес не е по силите на една институция, поради което екипи от учени по целия свят се концентрират върху различни части на тази технология. IVT има богат опит в моделирането на началния етап на разпространение на хидравлични счупвания: от образуването му до достигане на няколко метра размери. На този етап, за разлика от развитата пукнатина, чиито размери вече достигат стотици метри, кривината е силно и силно повлияна, което трябва да се вземе предвид.

Следователно, ние разработваме посока за подобряване на моделите по отношение на отчитането на триизмерността на процеса на разпространение. За реалистично описание на разпространението на фронта на пукнатината в произволен триизмерен случай е необходимо да се приложи триизмерен критерий за намиране на приращението на фронта на пукнатината и избор на посоката на нейното разпространение, като се вземат предвид смесените зареждане във всичките три режима на стрес. Сред съществуващите произведения, посветени на триизмерни модели на разпространение, отклонението на фронта на пукнатината се определя само от втория режим. Те използват двуизмерни плоски критерии. Създадохме и проверихме нов напълно триизмерен цифров модел на разпространение на счупване от кухината под влияние на налягането на инжектирана течност със сложна реология с триизмерен критерий на разпространение. Това позволи да се опише еволюцията на пукнатината от момента на нейното образуване до достигане на основната посока, като се вземе предвид нейната кривина.

Друга отличителна черта на този модел е едновременното разглеждане на самия кладенец и променливото натоварване, причинено от потока на флуида в разрушаването, разпространяващо се от кладенеца. Обикновено при работа по разпространение на 3D счупване кладенецът не присъства в модела. В най -добрия случай се разглежда променлив товар в фрактурата, причинен от инжектирането на нютонов флуид в него от точков източник.

Трябва също така да се отбележи, че технологичното развитие на нетрадиционни резервоари е придружено от проектирането на нови флуиди за разрушаване и различни добавки към тях (влакна, флок и др.), Които значително променят реологичното поведение на тези течности. Например, нарастващият интерес към плътни и свръхплътни нетрадиционни резервоари с високо съдържание на глина доведе до разработването на специални формулировки с високи газови фракции и ниски водни фракции. Тези течности не влошават филтрационните свойства на скалата и не причиняват нейното физическо разрушаване по време на инжектирането им.

В нашата монография, публикувана през 2016 г., обобщаваме моделите на фрактури, разработени от ICT SB RAS. Той събира резултати, публикувани в списания с най-висок рейтинг, включени в цитираните бази на WoS и Scopus, като например Engineering Fracture Mechanics, International Journal of Fracture и други.

5. Защо имате нужда от модифициран модел

Горе -долу е известно как ще се локализира развитата пукнатина. Има термин предпочитана равнина на счупване - равнината на предпочитано разпространение на пукнатини. Ако напреженията (силите), притискащи скалата, и техните посоки са известни (също е проблем да ги определим, геофизиците са ангажирани с това), тогава тази равнина не е трудна за определяне. В съвременните модели и симулатори фокусът е върху конфигурацията на счупване в тази равнина. Когато счупването току -що произхожда от кладенец, позицията и посоката се влияят не само от напреженията в скалата, но и от кладенеца и обшивката и перфорациите (дупки в скалата), тяхната форма, размер. И посоката на пукнатината в началото на процеса не винаги съвпада с равнината, в която ще лежи развитата пукнатина. Неизбежно възниква кривина на пукнатината, при която се получава компресия на пукнатината. Такова прищипване може не само да доведе до залепване на пропанта, но и да причини силен спад на налягането близо до кладенеца. Сега в симулаторите този спад на налягането се взема предвид, като се използва емпиричен коефициент - факторът на кожата, и то не особено успешно. Нашият модел ни позволява по -точно да предвидим и опишем този ефект.

6. Може ли модифицираният модел на хидравлично разбиване да се приложи директно върху полетата?

Първоначално IWT не се фокусира върху внедряването на добре познати модели и развитието на технологиите, а се фокусира върху създаването на техните научни основи. Тези фондации обаче имат и пряко практическо приложение. Например, в началото на процеса на разрушаване е необходимо по -голямо налягане за започване на фрактура, отколкото за поддържането му. И не винаги е лесно да се определи това налягане и количеството и видът на необходимото оборудване зависи от това. В световната литература са представени приблизителни аналитични оценки, има опити за изчисления, но окончателното решение на проблема не е намерено. Ние разработихме модел на иницииране на счупване, който (моделът) прогнозира както налягането на счупване, така и вида на образуваната фрактура и нейната ориентация от конфигурацията и напреженията в скалата.

Този модел не може да бъде приложен директно в полето. Изчисляването и конфигурирането отнема известно време. Освен това е необходимо точно познаване на посоките на напрежение, техните стойности и посоките на перфорация. Обикновено тази информация не е налична, тъй като точността на измерване не винаги е достатъчна, поради високата цена, не всички напрежения в пласта се измерват, посоките на перфорациите не могат да бъдат точно определени, тъй като има няколко километра от мястото, където корпусът е фиксиран към перфорациите.

Но моделът може да каже кои ориентации на кладенеца са най-опасни от гледна точка на неуспешно хидравлично разбиване, от гледна точка на образуването на надлъжен счупване (което е нежелателно при многоетапно хидравлично разбиване), налягането интервали, необходими за започване на хидравлично разбиване. Например, ние направихме такова проучване по поръчка на компанията Schlumberger за поле в Оман, което се намира на дълбочина повече от четири километра и е силно компресирано не само вертикално, но и хоризонтално, поради което имаше по -малко успешни опити за счупване върху него. половина.

7. Какво е бъдещето на хидравличното разбиване в контекста на "ново масло"

Настоящото състояние на традиционните запаси от нефт и газ може да се характеризира с думата „изчерпване“. Все по-голямо количество се произвежда от нетрадиционни, трудно възстановими резервоари. Примери за това са носителите на т. Нар. "Шистов петрол" или, използвайки правилния термин, "петролно масло с ниска пропускливост" в САЩ и Канада, или формацията Баженов в Русия. Последният, въпреки че има огромни резерви, е много по -труден за развитие. Скалата има много характеристики не само в сравнение с традиционните резервоари, но и с „шисти“, популярни на американския континент. Първо, това са пропускливост и порьозност, които са стотици и десетки пъти слаби, съответно. Тоест, той съдържа по -малко масло и се премества в кладенеца по -лошо. Нефтът от такива скали не може да се произвежда без използването на хидравлично разбиване.

На второ място, скалите от този тип се характеризират със силно наслояване и пластичност, или по -скоро течливост, високо порово налягане, което усложнява както хидравличното разбиване, така и неговото моделиране. От гледна точка на последното е необходимо допълнително да се вземе предвид анизотропията на напреженията, материала, пластичните ефекти при описване на разпространението на пукнатина, нелинейността на деформациите, когато пукнатината се утаи върху проппанта. Бих искал да отбележа, че освен самото хидравлично разбиване, развитието на тази формация изисква решаване на много научни и технологични проблеми, по които учените работят в Сколково и в Московския държавен университет, в Санкт Петербург и в Новосибирск.

През последните няколко десетилетия световната газова индустрия в развитите страни се превърна в една от най -технологично развитите индустрии. Въвеждането на високи технологии трансформира индустрията и я превръща в един от технологичните лидери на световната икономика.

Като едно от най -чистите и изобилни изкопаеми горива в света, природният газ се използва все повече за генериране на енергия. Това води до непрекъснато нарастващо търсене на този вид енергиен носител. В същото време, както се очаква от редица експерти, потреблението на синьо гориво ще продължи да расте. По -специално, Международната агенция по енергетика (IEA) прогнозира „златен век“ за природния газ през следващите години. Той ще измества все повече други носители на енергия и делът му в световната енергия ще нарасне до 25 % до 2035 г. и повече, в сравнение с днешните 21 %.

Газовата индустрия трябва да е в крак с нарастващото търсене и да произвежда повече природен газ, включително чрез растеж на качеството, тоест чрез въвеждане на технологични иновации. Значителен потенциал за по -нататъшното развитие на газовата промишленост се крие в развитието на добива на нетрадиционни източници на природен газ. Така че през последните няколко години развитието на шистов газ в САЩ се развиваше бързо. На свой ред за Русия са уместни технологиите за извличане на метан от въглищните пластове. По -специално, в руския "Газпром" тази посока се нарича едно от основните направления на стратегията за разширяване на ресурсната база на газовия концерн. Специално място за разширяване на ресурсната база за местни и чуждестранни петролни и газови компании заема изпълнението на проекти за производство на природен газ на морския шелф, включително в Арктика.

Този раздел подчертава някои от иновациите, които трансформират газовата индустрия. На първо място се открояват технологиите в областта на проучване и производство. В допълнение, той разказва за иновациите, които разшириха потенциала за използване на природен газ като гориво и му позволиха да претендира за ролята на най -обещаващия енергиен носител на 21 -ви век.

Нови технологии в сегмента на проучване и производство

Технологичните иновации в сектора за проучване и добив откриха нови възможности за индустрията да увеличи производството на природен газ и да отговори на нарастващото търсене за него. Важно е, че тези технологии са успели да направят изследването и производството на природен газ по -ефективни, безопасни и екологично чисти. Някои от технологичните иновации в тази област са обобщени по -долу:

o 3 D и 4D сеизмични проучвания- развитието на сеизмични проучвания, което позволява получаването и анализирането на данни за плътността на скалите в три измерения, е променило значително характера на добива на природен газ. 3D сеизмичното проучване комбинира традиционните техники за сеизмично изобразяване с мощни компютри за създаване на 3D модели на подземни слоеве. 4D сеизмичното проучване ги допълва и ви позволява да наблюдавате промени в характеристиките с течение на времето. Благодарение на 3D и 4D стана по -лесно да се идентифицират обещаващи полета, да се повиши ефективността на тяхното разработване, да се намали броят на сухите дупки, да се намалят разходите за пробиване, както и да се намали времето за проучване. Всичко това води до икономически и екологични ползи.

o CO 2 - пясък - фракции(хидравлично разбиване). Методът на хидравлично разбиване се използва от 1970 г., което дава възможност да се увеличи добива на природен газ и нефт от подземни пластове. CO2 - пясък - Технологията на фрактуриране използва смес от проппант пясък и течен CO2 за образуване и разширяване на фрактури, през които нефт и природен газ могат да текат по -свободно. След това CO2 се изпарява, оставяйки в пласта само пясък без други остатъци от процеса на разрушаване, които да бъдат отстранени. Тази технология позволява да се увеличи добива на природен газ и в същото време не вреди на околната среда, тъй като не създава отпадъци под земята, а също така защитава ресурсите на подземните води.

o Навити тръби(навита тръба) - една от най -динамично развиващите се области в света в производството на нефтено и газово оборудване. Методът на навита тръба за работа на кладенец се основава на използването на гъвкави тръби без ръкави при пробиване и експлоатация на кладенци. Технологиите на спирални тръби включват металургичен компонент - производство на специални метални гъвкави тръби, проектиране - проектиране на наземно и сондажно оборудване и инструментиране на програмата за обработка на информация. Технологиите на навити тръби значително намаляват разходите за пробиване, както и вероятността от аварии и разливи на петрол, намаляват количеството отпадъци и намаляват времето за работа с 3-4 пъти в сравнение с традиционните методи. Навити тръби могат да се използват заедно с предизвикателни сондажни операции за подобряване на ефективността на пробиване, постигане на по -високи нива на възстановяване на въглеводороди и по -ниско въздействие върху околната среда.

o Телеметрични системи.В чуждестранната литература такива системи се наричат ​​MWD (измерване при пробиване) - системи, разработени за измерване на параметрите на пробиване и предаване на информация към повърхността. Получената и обработена информация с помощта на съвременни телеметрични технологии позволява на работниците на терен да наблюдават процеса на пробиване, което намалява вероятността от грешки и аварии. В допълнение, използването на телеметрични системи може да бъде полезно за геолозите, като предоставя информация за свойствата на скалата, която се пробива.

o Пробиване на тънки отвори.Тази технология може значително да подобри ефективността на сондажните операции, както и да намали въздействието върху околната среда. Това е икономически жизнеспособен метод за пробиване на проучвателни кладенци в нови райони, дълбоки кладенци в съществуващи находища и за извличане на природен газ от неизползвани находища.

o Дълбоководни сондажи(дълбоководно сондиране) . Технологията за дълбоки сондажи направи голям скок напред през последните години. Понастоящем те позволяват безопасно и ефективно разработване на находища във води над 3 км. Понастоящем основните насоки за по -нататъшното развитие на тези технологии са подобряването на сондажни платформи в морето, разработването на устройства за динамично позициониране и създаването на сложни навигационни системи.

o Хидравлично разбиване(fracking) - метод, който позволява разработването на въглеводородни находища, включително шистов газ. Той се състои в това, че специална смес от вода, пясък и химически реагенти се изпомпва в газоносна скална формация под високо налягане. В газоносния слой под налягане се образуват фрактури, през които въглеводородите се просмукват към кладенеца. Сега хидравличното разбиване се използва широко при разработването на нефтени и газови находища. Напоследък обаче опасенията относно рисковете, свързани с извличането на този метод, не отшумяват. Горната технология е изпълнена със замърсяване на водата; освен това съществува потенциален риск от връзката между използването на метода на хидравлично разбиване и сеизмичната активност.

Изброените технологични постижения предоставят само част от сложните технологии, които са въведени на практика в областта на проучването и добива на природен газ и непрекъснато се подобряват. Тези технологии позволиха на газовата промишленост да постигне по -добри икономически резултати и им позволи да разработят полета, които преди това бяха считани за нерентабилни.

На свой ред има технологии, които отварят пътя към по -широко използване на потенциала на природния газ като енергиен носител. Това е преди всичко използването на втечнен природен газ, което направи революция в газовата индустрия. Освен това използването на горивни клетки отваря големи перспективи.

o Втечнен природен газ.Една от най -обещаващите области за развитието на газовата промишленост е разработването на нови технологии и оборудване за производство, съхранение, транспортиране и използване и създаване на оборудване за втечняване на природен газ. Втечнения природен газ е обикновен природен газ, който се втечнява изкуствено чрез охлаждане до -160 ° C. В същото време обемът му намалява 600 пъти. Втечнения природен газ се счита за един от най -обещаващите и екологично чисти енергийни източници с редица предимства. На първо място, той е по -лесен за транспортиране и съхранение от конвенционалния природен газ. По този начин, в течна форма, втечнения природен газ няма способността да експлодира или да се запали. Особено важно предимство на втечнения природен газ по отношение на осигуряването на енергийна сигурност е, че той може да се доставя навсякъде по света, включително тези, където няма основни газопроводи. Следователно за много страни значението на LNG нараства все повече и повече. По -специално, в Япония почти 100% от нуждите от газ се покриват от внос на втечнен природен газ.

o Горивни клетки.Понастоящем продължават изследванията в областта на създаването на икономически атрактивни технологии за използване на горивни клетки на основата на природен газ. Те са в състояние да направят качествен пробив в използването на синьо гориво, коренно разширявайки областта на приложение на природен газ. Очаква се скоро развитието на производството на електроенергия от горивни клетки да създаде удобен, безопасен и екологичен източник на енергия за транспорта, промишлеността и битовата сфера. Горивните клетки са подобни на акумулаторните батерии. Те работят чрез прехвърляне на поток от гориво (обикновено водород) и окислител към електроди, разделени от електролит. Чрез премахване на междинния етап на горене, ефективността на процеса на генериране на електроенергия може да се увеличи. По този начин ефективността на горивните клетки е много по -висока от тази на традиционното поколение, използващо изкопаеми горива. Важно е използването на горивни клетки да намали драстично количеството вредни емисии. Например, в някои видове горивни клетки продуктите на реакцията са само вода и топлина. Други предимства на горивните клетки включват тяхната надеждност и способността да създават на тяхна основа компактни източници на енергия, способни да работят в автономен режим.

Развитие на иновации в газовата индустрия в Русия

Нивото на развитие на иновациите в руската газова индустрия е в незадоволително състояние. В почти всички ключови области чужденците технологично превъзхождат местните компании. По-специално, те са много по-способни да работят на рафта, те широко използват най-съвременни методи за подобрено извличане на петрол и усъвършенствани технологии за сондиране.

Руските компании не са склонни да инвестират средствата си в собствените си технологични разработки, които не гарантират търговски ползи и изискват много години инвестиции в пилотно производство. От своя страна изследователските институти, работещи за петролни и газови компании или извършващи развитие от тяхно име, често просто не са готови да решават дългосрочни задачи, които изискват големи инвестиции и са придружени от високи рискове.

Затова вътрешният газов комплекс инвестира най-вече само в придобиването на високотехнологично оборудване. В резултат на това днес газовата индустрия е станала силно зависима от трансфера на иновации от чужбина. Това се случва по -специално чрез привличане на западни изпълнители в съвместни проекти за сондажи в Русия. В допълнение, местните компании активно заемат инженерната банка, която имат лидерите на газовия бизнес, и адаптират своите прогресивни технологии към собствените си недра.

Днес инвестициите на газовия комплекс в нови технологии и иновативни разработки могат да бъдат разделени в четири области.

Русия очаква засилен натиск върху санкциите. Великобритания и САЩ активно търсят нови причини да дискриминират руския бизнес. Резултатите от последната вълна от политика на санкции, която започна през 2014 г., далеч не са еднозначни. Дори независими проучвания показват, че руският горивно -енергиен комплекс не е пострадал много от ограниченията, освен това те са тласнали развитието на индустрията в Русия. Според експерти от индустрията евентуалното засилване на антируските санкции също няма да стане критично за руския горивно-енергиен комплекс, а само ако правителството и енергийните компании мобилизират сили навреме, за да създадат местна машиностроителна индустрия, която произвежда оборудване за добив на трудно възстановими запаси от нефт (TRIZ).

Русия трябва да се научи как да извлича TRIZ

В навечерието Енергийният център на Бизнес училище „СКОЛКОВО“ представи резултатите от своето изследване „ Перспективи за добива на руски петрол: живот под санкции”, Който анализира влиянието на санкциите, наложени от САЩ и ЕС върху руския петролен сектор, по -специално върху въвеждането в експлоатация на нови традиционни находища в Русия, разработването на офшорни проекти и производството на петрол Баженов. Авторите на изследването са направили и сценарийна прогноза за добива на руски петрол до 2030 г.

В документа се отбелязва, че на хоризонта до 2020 г., въпреки всички ограничения, Русия има потенциала да увеличи допълнително обемите на производство за сметка на вече подготвените полета. Този краткосрочен потенциал за нарастване обаче може да бъде ограничен от споразумения с ОПЕК. В средносрочен план до 2025 г., дори в случай на сериозни ограничения на достъпа до технологии и ниски цени на петрола, обемите на производство няма да пострадат катастрофално. В същото време основната причина за спада на производството през този период може да бъде не толкова липсата на достъп до западни технологии за реализиране на нови проекти, а липсата на технологични възможности за интензифициране на производството в съществуващите находища.

Това проучване показа, че най -критичната технология за поддържане на руското производство на нефт е хидравличното разбиване (хидравлично разбиване), тъй като е в състояние да поддържа производството в съществуващите находища.

Използването на многоетапно хидравлично разбиване (многоетапно хидравлично разбиване) обещава увеличаване на производството на обещаващи нестандартни полета.

Авторите на изследването подчертават, че в настоящите условия това е разработването на собствени технологии за хидравлично разбиване и многоетапно хидравлично разбиване, производството на хидроразрушаване и многоетапни хидроразрушаващи паркове в страната, а обучението на персонала трябва да стане технологичен приоритет за индустриалните компании и регулаторите. Досега обаче работата в тази посока се извършва с очевидно недостатъчни темпове. Както отбеляза в доклада си Екатерина Грушевенко, експерт от Енергийния център на СКОЛКОВО, в периода от 2015 г. до август 2017 г. не е произведен нито един флот за хидравлично разбиване. Ротационно управляемите системи, според уебсайта на Научно-техническия център на ПАО "Газпром нефть", са били на етап тестване в края на 2016 г. Експертът подчерта, че TRIZ вече представлява две трети от петролните запаси.

Съкращаването на производството не се очаква до 2020 г.

Директор на енергийния център на бизнес училище „СКОЛКОВО“ Татяна МитроваВ речта си при представянето на това проучване тя отбеляза, че първите санкции срещу Русия и руските енергийни компании са въведени през 2014 г., но не са публикувани специални проучвания за тяхното въздействие върху петролната индустрия.

„Не знаехме какъв резултат ще постигнем. Първата хипотеза предполагаше, че последствията ще бъдат много тежки “, каза Митрова. Резултатите обаче показаха малко по -различна картина на въздействието на санкциите.

„В момента не се усещат сериозни последици от санкциите в оперативната дейност на компаниите. Всъщност производството се е увеличило през последните години, въпреки ниските цени и санкциите. Петролната индустрия отчете успех. Но положителната текуща ситуация не бива да бъде подвеждаща, анализът на самия комплекс от санкции говори за тяхното много широко тълкуване и това е основната заплаха от натиска на санкциите “, каза експертът.

Според нея до 2020 г. според резултатите от моделирането не се очакват съкращения на производството, тъй като основните проекти вече са финансирани.

„От 2020 г. негативните тенденции ще станат по -изразени и могат да доведат до намаляване на добива на петрол в Русия с 5% до 2025 г. и с 10% до 2030 г. от сегашните нива на производство. Намаляването на производството в такива количества, разбира се, не е катастрофално за руската икономика, но въпреки това е доста чувствително “, каза Митрова.

Тя подчерта, че санкциите са дълга история и за да може руската петролна индустрия да се адаптира към тях, са необходими допълнителни усилия на държавата и компаниите за разработване на собствени технологии и производство на необходимото оборудване.

„Има огромна част от производството на петрол, което директно зависи от технологията за хидравлично разбиване. Именно наличието на това оборудване оказва най -голямо влияние върху обема на добива на петрол в страната. Но разработването и внедряването на производството на тази технология до голяма степен е задача на руското правителство и промишленост “, обясни директорът на Енергийния център.

Изисква се нова индустрия

Ръководител на дирекция „Газ и Арктика“ на Бизнес училище „СКОЛКОВО“ Роман СамсоновВ речта си той отбеляза, че според личните му наблюдения в Русия само на фона на санкциите може да се наблюдава напредък в разработването и производството на собствено високотехнологично оборудване.

„Ситуацията с производството на високотехнологично оборудване е трудна, но тя може да се научи да управлява. Всъщност говорим за създаването на цял многофункционален подотрасъл на нефтеното и газовото инженерство “, отбеляза Самсонов.

Според участниците в изследването „Перспективи на руското петролно производство: живот под санкции“, такава мащабна задача за създаване на нов подклон на тежкото инженерство в съветско време е решена само благодарение на държавните директиви. В условията на съвременната пазарна икономика, в която сега се развива Руската федерация, механизмите за изпълнение на тази задача все още не са разработени.

Това обаче е само в Русия. Ако погледнете опита на западните страни, които успешно преодоляват всички трудности за добив на TRIZ, става ясно, че такъв метод е открит отдавна. Това най -ясно се вижда в примера на американската шистова индустрия, която активно кредитираше дори в периода на ниски цени, което й помогна да оцелее. Очевидно такова толерантно отношение на банките към този сектор за производство на петрол не би могло да се случи без държавно участие. Сега благодарните производители на шисти помагат на американските власти да ограничат ОПЕК и други производители на петрол, като влияят активно на световния пазар на нефт и газ.

Екатерина Дейного

Видове хидравлично разбиване

Понастоящем в световната нефтодобивна практика се използват три основни типа хидравлично разбиване: конвенционално хидравлично разбиване (хидравлично разбиване), дълбоко проникващо (хидравлично разбиване) и масивно фрактуриране (многоетапно разбиване). Всеки от тези видове има своя собствена област на приложение.

Хидравличното разбиване се използва като средство за увеличаване на пропускливостта на зоната за формиране на дънните копания. Използва се, като правило, в отделни кладенци със замърсена зона на дънния отвор с цел възстановяване на естествената им производителност, характеризира се с използването на незначително количество закрепващ материал (5-10 тона).

Хидравличното разбиване е един от най-ефективните методи за увеличаване на производителността на кладенци, източващи нископропусклива формация (с пропускливост по-малка от 0,05 μm 2). Този процес се характеризира с използването на големи количества закрепващ материал - 10-50 тона и флуиди за пукнатини - 150-200 m пласт. Това е основната разлика между хидравличното разбиване и конвенционалното хидравлично разбиване. Областта на приложение на хидравличното разбиване са нископропускливи находища или отделните му участъци с цел по-специално да се постигне рентабилност на разработването на такива находища. Технологията за хидравлично разбиване е предназначена да въздейства върху неизчерпани (неразработени) залежи на нефт, където продуктивните пластове са представени от теригенни (пясъчни) резервоари.

Многоетапното хидравлично разбиване е масивно хидравлично разбиване, което се използва на практика в нископропускливи резервоари на газови находища. Основната характеристика на този процес е създаването на изкуствени пукнатини с много голяма дължина. За тези цели се използват големи количества материал за закрепване.

Нови технологии за хидравлично разбиване

Значително разширяване на областта на приложение на хидравлично разбиване и увеличаване на броя операции през последното десетилетие са свързани с интензивното развитие на технологиите за преработка. Новите ефективни методи включват технологията на отлагане на проппант в края на счупването или крайния скрининг на фрактурата (TSO), която ви позволява целенасочено да увеличавате нейната ширина, спирайки растежа по дължина и по този начин значително увеличавайки проводимостта (продуктът на пропускливост и ширина). За да се намали рискът от пукнатина, навлизаща във водните или газоносни хоризонти, както и за интензифициране на разработването на запаси в слоеве с ниска пропускливост, се използва технология за селективно хидравлично разбиване. Постоянно се създават нови материали за хидравлично разбиване. За да се предотврати отстраняването на проппант от фрактурата, е създадена технологията PropNET, която предвижда инжектирането на специален гъвкав фибростъкло в пласта едновременно с проппанта, който, запълвайки празнините между частиците на проппанта, осигурява максимална стабилност на опаковка проппант. За да се намали степента на замърсяване с остатъчни фрактури, са разработени нискополимерни флуиди за ниско полимерно разрушаване и система от добавки към деструктора CleanFLOW. Използва се незамърсяващата течност ClearFrac, която не изисква деструктор.

Информационната база за хидравлично разбиване се подобрява. Основните източници на информация са геоложки, геофизични и петрофизични изследвания, лабораторен анализ на проби от ядрото, полеви експеримент, състоящ се в провеждане на микро и мини хидравлично разбиване преди основното хидравлично разбиване. По този начин се определя разпределението на напреженията в резервоара, определят се ефективното налягане на счупване и налягането при затваряне на фрактурата, избира се модел на развитие на счупване и се изчисляват неговите геометрични размери. Специални инструменти ви позволяват да определите височината и азимута на фрактурата. „Проектирането“ на фрактури се извършва с помощта на специални програми, като се вземат предвид целите на хидравличното разбиване.

Използването на нови технологии дава възможност да се избере флуид за разрушаване и проппант, който най -добре отговаря на специфични условия, и да се контролира отварянето и разпространението на фрактурата, транспортирането на проппанта в суспензия по цялата фрактура и успешното завършване на операцията. През последните години беше разработена технология за интегриран подход към проектирането на хидравлично разбиване като елемент от системата за разработка. Този подход се основава на отчитане на много фактори, включително проводимостта и енергийния потенциал на пласта, системата за поставяне на добивните и нагнетателните кладенци, механиката на разрушаване, характеристиките на фракцията за разкъсване и проппанта, технологичните и икономическите ограничения.