Гидравлик хугарал: төрөл, тооцоо, технологийн процесс

2024 Зохиолч: Howard Calhoun | [email protected]. Хамгийн сүүлд өөрчлөгдсөн: 2024-01-02 13:59

Гидравлик хагарал (HF) нь геологи-техникийн хамгийн үр дүнтэй арга хэмжээний нэг бөгөөд түүний зорилго нь үйлдвэрлэлийн цооног руу давхрагын шингэний урсгалыг эрчимжүүлэх явдал юм. Энэхүү технологийг ашиглах нь худгийн ус зайлуулах радиус доторх нөөцийн нөхөн сэргээлтийг нэмэгдүүлэхээс гадна энэ талбайг өргөтгөж, усан сангаас газрын тосны эцсийн боловсруулалтыг нэмэгдүүлэх боломжийг олгодог. Энэ хүчин зүйлийг харгалзан үзвэл талбайн бүтээн байгуулалтын зураг төслийг сийрэг худгийн загвараар хийж болно.

Богино тайлбар

Гидравлик хугарлын мөн чанарыг дараах процессоор тайлбарлав:

• усан сан нь хэт их даралтанд өртсөн (процессын шингэний зарцуулалт чулуулаг шингээхээс хамаагүй их);
• цооногийн даралт нь олон талт дотоод хүчдэлээс хэтрэх хүртэл нэмэгддэг;
• чулууг хамгийн бага механик бат бэхийн хавтгайд урдаг (ихэвчлэн ташуу чиглэлд эсвэл босоо чиглэлд);
• дахинүүссэн, хуучин хагарал ихсэж, тэдгээрийн байгалийн нүх сүвний системтэй холбоотой байх болно;
• худгийн ойролцоох нэвчилт ихэссэн бүс нэмэгдэнэ;
• тусгай мөхлөгт өдөөлт (пропант) нь өргөссөн хугарлыг шахаж, давхарга дээрх даралтыг арилгасны дараа задгай байдалд бэхлэнэ;
• тосжилтын шингэний хөдөлгөөнд үзүүлэх эсэргүүцэл бараг тэг болж, үүний үр дүнд худгийн урсгал хэд дахин нэмэгддэг.

Чулуулгийн ан цавын урт нь хэдэн зуун метр байж болох ба худгийн ёроол нь усан сангийн алслагдсан хэсгүүдтэй холбогддог. Энэхүү эмчилгээний үр дүнтэй байдлын хамгийн чухал хүчин зүйлүүдийн нэг нь шүүлтүүрийн суваг үүсгэх боломжийг олгодог хагарлыг бэхлэх явдал юм. Гэсэн хэдий ч ан цавын хэмжээ ихсэх тусам худгийн бүтээмж хязгааргүй нэмэгдэх боломжгүй. Хамгийн их урттай бөгөөд түүнээс дээш урсгалын хурд улам эрчимжихгүй.

Хэрэглэх хүрээ

Энэ технологи нь олборлолт (сайжруулсан тос олборлолт) болон шахах (тарах чадварыг нэмэгдүүлэх), хэвтээ болон босоо цооногуудад хоёуланд нь ашиглагддаг. Гидравлик ан цавын хэрэглээний дараах хэсгүүдийг ялгадаг:

• нэвчилт нь өөр өөр усан сан дахь бохирдолтой ёроолын бүстэй худгийн олборлолтын хурдыг эрчимжүүлэх;
• нэгдмэл бус ордуудыг ашиглах;
• усан сан дахь байгалийн ан цавын системтэй худгийн гидродинамик холболтыг сайжруулах;
• усан сангийн шингэний орох бүсийн тэлэлт;
• нэвчилт багатай усан сангуудын бүтээн байгуулалт болонбага ашиг тустай худгууд;
• шахах цооног дахь шүүрэлтийн урсгалын өөрчлөлт;
• бусад аргуудын нөлөөнд автаагүй худгийн параметрүүдийг сэргээх.

Гидравлик ан цавын технологийн хязгаар нь хийн-тосны бүсүүд бөгөөд эдгээр нь дараах шинж чанаруудаар тодорхойлогддог:

• хурдан конусан (худагны ёроолд тогтсон усыг татах);
• худгийн цооногт ус эсвэл хий гэнэт орох;
• бага нөөцтэй, шавхагдсан усан сангууд, бага хэмжээний тосоор ханасан линз (эдийн засгийн ашиггүй байдлаас шалтгаалан).

Гидравлик ан цавыг ихэвчлэн дунд болон өндөр нэвчилттэй усан сангуудад өдөөх арга болгон ашигладаг. Тэдний хувьд нөөцийн шингэний орох урсгалыг нэмэгдүүлэх гол хүчин зүйл нь үүссэн ан цавын урт, чулуулгийн нэвчилт багатай ордод түүний өргөн юм.

Гидравлик хугарал: давуу болон сул талууд

Гидравлик хугарлын давуу тал нь:

• геологийн янз бүрийн бүтэцтэй газар нутагт хэрэглэх боломжтой;
• усан сан болон түүний хэсэгт хоёуланд нь нөлөөлнө;
• нүхний ёроолын гидравлик эсэргүүцлийг үр дүнтэй бууруулах;
• ус муутай зэргэлдээх газруудын нэгдэл;
• хямд ажлын шингэн (ус);
• өндөр ашиг.

Сул тал нь:

• их хэмжээний ус, элс, нэмэлт химийн бодисын хэрэгцээ;
• чулуунд ан цав үүсэх хяналтгүй үйл явц, механизмын урьдчилан таамаглах боломжгүй байдалхагарал;
• гидравлик хугарлын дараа өндөр зарцуулалттай худгуудыг ашиглалтанд оруулах үед пропантыг ан цаваас гаргаж авах боломжтой бөгөөд үүний үр дүнд тэдгээрийн нээлтийн зэрэг буурч, эхэлснээс хойшхи эхний саруудад урсгалын хурд буурдаг. үйл ажиллагаа;
• хяналтгүй ус цацах, хүрээлэн буй орчныг бохирдуулах эрсдэлтэй.

Процессын өөрчлөлтүүд

Хагарлын аргууд нь хугарал үүсэх төрөл, тарьсан шингэн ба пропантуудын хэмжээ болон бусад шинж чанараараа ялгаатай. Гидравлик хугарлын үндсэн төрлүүдэд дараахь зүйлс орно:

• Формацид нөлөөлөх талбайн дагуу: орон нутгийн (хугарлын урт 20 м хүртэл) - хамгийн өргөн тархсан; гүн нэвтрэн орох (хугарлын урт 80-120 м); масстай (1000 м ба түүнээс дээш).
• Давхаргын хамрах хүрээгээр: дан (бүх давхаргууд болон завсрын давхаргад үзүүлэх нөлөө); олон (2 ба түүнээс дээш давхаргыг нээсэн худгийн хувьд); интервал (тодорхой усан сангийн хувьд).
• Тусгай аргууд: хүчилээр хугалах; TSO технологи - ус-тосны контакт руу тархахаас сэргийлж, пропант шахах хэмжээг багасгахын тулд богино хугарал үүсгэх (энэ арга нь элсэрхэг усан сан дахь өндөр үр ашгийг харуулдаг); импульс (арьсны нөлөөг багасгахын тулд дунд болон өндөр нэвчилттэй чулуулагт хэд хэдэн радиаль ялгаатай ан цав үүсэх - шүүлтүүрийн формацийн шингэнд агуулагдах тоосонцороор бохирдсоны улмаас нүхний нэвчилт муудах.

Олонзай

Олон гидравлик ан цавыг хэд хэдэн аргаар гүйцэтгэдэг:

1. Эхлээд уламжлалт технологи ашиглан ан цав үүсдэг. Дараа нь цооролтыг хаадаг бодис (мөхлөгт нафталин, хуванцар бөмбөлөг болон бусад) шахаж түр зуур бөглөрдөг. Үүний дараа гидравлик ан цавыг өөр газар хийдэг.
2. Бүсүүдийг тусгаарлахдаа савлагч эсвэл гидравлик хаалга ашиглан хийдэг. Интервал бүрийн хувьд гидравлик хугарал нь уламжлалт схемийн дагуу хийгддэг.
3. Үе шаттай гидравлик хугарал, доод бүс бүрийг элсний бөглөөөөр тусгаарлана.

Шавар хэсгүүдэд хамгийн үр дүнтэй нь газрын тос, хийн үр ашигтай давхаргыг холбодог тул босоо хугарал үүсгэх явдал юм. Ийм хугарал нь шүүгддэггүй шингэний үйлчлэлээр эсвэл тарилгын хурд огцом нэмэгдсэнээр үүсдэг.

Гидравлик хугарал хийх бэлтгэл

Гидравлик усан сангийн технологи нь хэд хэдэн үе шатаас бүрдэнэ. Бэлтгэл ажил дараах байдалтай байна:

1. Гадравлик хугаралд шаардагдах даралтыг тодорхойлох, ажлын шингэнийг шингээх чадвар, давхаргын шингэний орох цооногийн судалгаа.
2. Нүхний ёроолыг элс, шаварлаг царцдасаас цэвэрлэх (даралттай усаар угаах, давсны хүчилээр эмчлэх, гидро-элсэрх цооролт болон бусад аргууд).
3. Тусгай загвараар худгийг шалгаж байна.
4. Ажлын шингэнийг хангахын тулд худгийн хоолой руу бууна.
5. Суулгыг хамгаалах даралтат савлагч болон гидравлик зангуу суурилуулах.
6. Худагны ам суурилуулахшахах төхөөрөмжийг шахах шугам хоолойд холбох, худгийг битүүмжлэх төхөөрөмж (олон талт, тосолгооны материал болон бусад төхөөрөмж).

Гидравлик хугарлын үед технологийн тоног төхөөрөмжийн хоолойн үндсэн диаграммыг доорх зурагт үзүүлэв.

Хагарлын дараалал

Гидравлик ан цавын техник, технологи нь дараах журмуудаас бүрдэнэ:

1. Тарилгын хоолойг ажлын шингэнээр хангадаг (ихэвчлэн үйлдвэрлэлийн худгийн тос эсвэл тарилгын худгийн ус).
2. Хагарлын шингэний даралтыг дизайны хамгийн дээд хэмжээнд хүртэл нэмэгдүүлнэ.
3. Савлагчийн битүүмжлэлийг шалгана уу (цагирагнаас шингэн урсахгүй байх ёстой).
4. Гидравлик хугарал үүссэний дараа ажлын шингэнд пропант нэмнэ. Үүнийг худгийн шахах чадварын огцом өсөлтөөр (насос дахь даралтын уналт) дүгнэдэг.
5. Цөмийн каротаж ашиглан алдагдсан бүсийг баталгаажуулах зорилгоор цацраг идэвхт изотопуудыг пропантийн сүүлчийн багцад оруулсан болно.
6. Хагарлыг найдвартай бэхлэхийн тулд хамгийн өндөр даралттай шахагч шингэнийг нийлүүлнэ.
7. Хагарлын шингэнийг ёроолоос зайлуулж, цооногийн цооног руу давхаргын шингэний урсгалыг баталгаажуулна.
8. Технологийн төхөөрөмжийг буулгах.
9. Худаг ашиглалтад орж байна.

Хэрэв худаг харьцангуй гүехэн бол ажлын шингэнийг яндангийн хоолойгоор дамжуулан нийлүүлэхийг зөвшөөрнө. Мөн гидравлик хугаралгүйгээр хийх боломжтойсавлагч - хоолойн хоолой ба цагирагаар дамжин. Энэ нь өндөр наалдамхай шингэний гидравлик алдагдлыг бууруулдаг.

Гидравлик хугарал хийх машин, механизм

Гидравлик ан цавын төхөөрөмжид дараах төрлийн тоног төхөөрөмж орно:

• Газар дээрх машин ба төхөөрөмж: шахуургын төхөөрөмж (ANA-105, 2AN-500, 3AN-500, 4AN-700 болон бусад); машины явах эд анги дээр элс холих үйлдвэрүүд (ZPA, 4PA, USP-50, Kerui, Lantong болон бусад); шингэн тээвэрлэх зориулалттай цистерн (ATsN-8S ба 14S, ATK-8, Sanji, Xishi болон бусад); худгийн амны хоолой (олон тал, худгийн ам, хаалтын хавхлага, шалгах хавхлага, даралт хэмжигч болон бусад төхөөрөмж бүхий хуваарилах ба даралтат олон талт).
• Тусламжийн тоног төхөөрөмж: унтраах ажилд зориулсан дүүргэгч; эргүүлэг; хяналтын болон хяналтын станцууд; хоолой ачааны машин болон бусад тоног төхөөрөмж.
• Газар доорх тоног төхөөрөмж: гидравлик хагарал хийхээр төлөвлөж буй формацыг үйлдвэрлэлийн хэлхээний өөр хэсгээс тусгаарлах савлагчид; өндөр даралтын улмаас газар доорх тоног төхөөрөмжийг өргөхөөс сэргийлэх зангуу; хоолойн утас.

Тоног төхөөрөмжийн төрөл, тоо ширхэгийг гидравлик хагарлын тооцооны параметр дээр үндэслэн тодорхойлно.

Дизайн шинж чанар

Гидравлик ан цавыг тооцоолохдоо дараах үндсэн томъёог ашигладаг:

1. Шүүсэн шингэн ашиглан гидравлик хагарал хийх BHP (МПа): p=10^-2KL_c, энд K нь 1, 5-1, 8 МПа/м, L утгын мужаас сонгосон коэффициент юм _{c – худгийн урт, м.}
2. Элстэй шингэний шахах даралт (хугаралтыг дэмжих зориулалттай): p_p =p - ρgL_c + p_t, энд ρ нь элс зөөгч шингэний нягт, кг/м³, g=9.8 м/с², p _t – элс зөөх шингэний үрэлтийн улмаас даралтын алдагдал. Сүүлийн үзүүлэлтийг дараах томъёогоор тодорхойлно: p_t =8λQ² ρL_c/(πdB₎2 ^B – хоолойн дотоод диаметр.
3. Шарах нэгжийн тоо: n=pQ/(p_pQ_pK_T) + 1, энд p_p нь насосны ажлын даралт, Q_p нь өгөгдсөн даралт дахь нийлүүлэлт, K T- машины техникийн байдлын коэффициент (0.5-0.8 дотор сонгосон).
4. Нүүлгэн шилжүүлэх шингэний хэмжээ: V=0, 785d_B²L_c.

Хэрэв элсийг дэмжигч болгон ашиглаж гидравлик хугарал үүсвэл түүний хэмжээг 1 үйлдэлд 8-10 тонн гэж тооцож, шингэний хэмжээг дараах томъёогоор тодорхойлно.

V=Q_sC_s, энд Q_s нь элсний хэмжээ, t, C_s – 1 м^{3 шингэн дэх элсний концентраци.}

Гидравлик хугарлын үед хэт өндөр даралтын утгад шингэн нь усан сан руу шахагдаж, осол аваар гардаг тул эдгээр үзүүлэлтүүдийг тооцоолох нь чухал юм.үйлдвэрлэлийн багана. Эс бөгөөс хэрэв утга хэт бага байвал шаардлагатай даралтад хүрч чадахгүйн улмаас гидравлик ан цавыг зогсоох шаардлагатай болно.

Хагарлын загварыг дараах байдлаар хийнэ:

1. Одоо байгаа эсвэл төлөвлөж буй талбайн ашиглалтын системийн дагуу худгийн сонголт.
2. Чулуулгийн нэвчилт, худгийн сүлжээ, газрын тос устай ойр байх зэрэг хэд хэдэн хүчин зүйлийг харгалзан ан цавын хамгийн сайн геометрийг тодорхойлох.
3. Чулуулгийн физик механик шинж чанарын шинжилгээ, ан цав үүсэх онолын загварыг сонгох.
4. Проппантын төрөл, хэмжээ, концентрацийг тодорхойлох.
5. Тохиромжтой реологийн шинж чанар бүхий хагарлын шингэнийг сонгох, түүний эзэлхүүнийг тооцоолох.
6. Технологийн бусад үзүүлэлтүүдийн тооцоо.
7. Эдийн засгийн үр ашгийн тодорхойлолт.

Frac Fluids

Ажлын шингэн (шилжилт, хугарал, элс зөөгч) нь гидравлик хугарлын хамгийн чухал элементүүдийн нэг юм. Тэдний төрөл бүрийн давуу болон сул талууд нь юуны түрүүнд реологийн шинж чанартай холбоотой байдаг. Хэрэв өмнө нь зөвхөн наалдамхай тосонд суурилсан найрлагыг ашигладаг байсан бол (тэдгээрийн усан санд шингээлтийг багасгахын тулд) насосны нэгжийн хүчийг нэмэгдүүлснээр одоо бага зуурамтгай чанар бүхий усан суурьтай шингэн рүү шилжих боломжтой болсон. Үүний улмаас худгийн амны даралт болон хоолойн шугам дахь гидравлик эсэргүүцлийн алдагдал багассан.

Дэлхийн практикт дараахгидравлик хагарлын шингэний үндсэн төрлүүд:

• Пропанттай болон бодисгүй ус. Үүний давуу тал нь бага өртөгтэй байдаг. Сул тал нь усан сан руу нэвтрэх гүн бага байдаг.
• Полимер уусмал (гуар ба түүний деривативууд PPG, CMHPG; целлюлозын гидроксиэтил эфир, карбоксиметил целлюлоз, ксантан бохь). B, Cr, Ti, Zr болон бусад металлыг молекулуудыг хооронд нь холбоход ашигладаг. Зардлын хувьд полимерууд дунд ангилалд багтдаг. Ийм шингэний сул тал нь усан сан дахь сөрөг өөрчлөлтийн өндөр эрсдэл юм. Давуу тал нь илүү их нэвтрэлтийн гүн орно.
• Нүүрс устөрөгчийн фаз (дизель түлш, газрын тос, хийн конденсат) ба ус (эрдэсжүүлсэн эсвэл шинэ) зэргээс бүрдэх эмульс.
• Нүүрстөрөгчийн гель.
• Метанол.
• Өтгөрүүлсэн нүүрстөрөгчийн давхар исэл.
• Хөөсний систем.
• Хөндлөн холбоот гель, азот эсвэл нүүрстөрөгчийн давхар ислийн хөөсөөс бүрдсэн хөөсөн гель. Тэд өндөр өртөгтэй боловч коллекторын чанарт нөлөөлдөггүй. Өөр нэг давуу тал нь шингэн даах чадвар өндөр, шингэн үлдэгдэл багатай өөрийгөө устгадаг.

Эдгээр нэгдлүүдийн үйл ажиллагааг сайжруулахын тулд янз бүрийн технологийн нэмэлтүүдийг ашигладаг:

• гадаргуугийн идэвхт бодис;
• эмульгатор;
• шингэний үрэлтийг багасгах холбоос;
• хөөсрүүлэгч;
• хүчиллэгийг өөрчилдөг нэмэлтүүд;
• дулаан тогтворжуулагч;
• нян устгах болон зэврэлтээс хамгаалах нэмэлтүүд болон бусад.

Гидравлик хагарлын шингэний үндсэн шинж чанарууд нь:

• Хагарал нээхэд шаардлагатай динамик зуурамтгай чанар;
• шингэний алдагдлыг тодорхойлдог шүүрэлтийн шинж чанар;
• пропантыг уусмалаас эрт буулгахгүйгээр авч явах чадвар;
• хэсэг ба температурын тогтвортой байдал;
• бусад урвалжуудтай нийцтэй байх;
• идэмхий үйлдэл;
• ногоон, аюулгүй.

Бага зуурамтгай чанар бүхий шингэн нь усан сан дахь шаардлагатай даралтыг бий болгохын тулд илүү их хэмжээний шахах шаардлагатай бөгөөд өндөр зуурамтгай чанар бүхий шингэн нь гидравлик эсэргүүцлийн ихээхэн алдагдалд ордог тул шахуургын төхөөрөмжөөр илүү их даралтыг шаарддаг. Илүү наалдамхай шингэн нь чулуулгийн шүүлтүүр багатай байдаг.

Тухайн материал

Хамгийн өргөн хэрэглэгддэг пропантууд буюу пропанттар нь:

• Кварцын элс. Хамгийн түгээмэл байгалийн материалуудын нэг тул өртөг нь бага байдаг. Геологийн янз бүрийн нөхцөлд ан цавыг засдаг (бүх нийтийн). Гидравлик ан цавын элсний ширхэгийн хэмжээг 0.5-1 мм-ээр сонгоно. Элс зөөгч шингэн дэх концентраци нь 100-600 кг/м3 хооронд хэлбэлздэг. Хүчтэй ан цаваар тодорхойлогддог чулуулгийн хувьд материалын зарцуулалт 1 цооног тутамд хэдэн арван тонн хүрч болно.
• Боксит (хөнгөн цагааны исэл Al₂O_{3). Энэ төрлийн пропантуудын давуу тал нь элстэй харьцуулахад илүү их хүч чадал юм. Үйлдвэрлэсэнбокситын хүдрийг бутлах, шарах.}
• Цирконийн исэл. Энэ нь өмнөх төрлийн пропанттай төстэй шинж чанартай байдаг. Европт өргөн хэрэглэгддэг. Ийм материалын нийтлэг сул тал нь өндөр өртөгтэй байдаг.
• Шаазан мөхлөг. Гидравлик хугарлын хувьд 0.425-аас 1.7 мм-ийн хэмжээтэй мөхлөгүүдийг ашигладаг. Эдгээр нь дунд зэргийн бат бэхийн пропантуудад хамаардаг. Эдийн засгийн өндөр үр ашгийг харуул.
• Шилэн гантиг. Өмнө нь гүний худагт ашигладаг байсан бол одоо хямд бокситоор бараг бүрэн солигдсон.

Хүчлийн хугарал

Хүчиллэг гидравлик хугарлын мөн чанар нь эхний үе шатанд ан цавыг зохиомлоор үүсгэдэг (яг л ердийн гидравлик ан цавын технологитой адил), дараа нь түүнд хүчил шахдаг. Сүүлийнх нь чулуулагтай урвалд орж, ёроолын бүсэд усан сангийн нэвчилтийг нэмэгдүүлдэг урт суваг үүсгэдэг. Үүний үр дүнд худгаас газрын тос авах коэффициент нэмэгддэг.

Энэ төрлийн гидравлик хугарал нь карбонатын формацид онцгой үр дүнтэй байдаг. Судлаачдын үзэж байгаагаар дэлхийн газрын тосны нөөцийн 40 гаруй хувь нь энэ төрлийн усан сантай холбоотой байдаг. Энэ тохиолдолд гидравлик ан цавын техник, технологи нь дээр дурдсанаас арай өөр байна. Тоног төхөөрөмжийг хүчилд тэсвэртэй загвараар үйлдвэрлэдэг. Мөн машиныг зэврэлтээс хамгаалахын тулд дарангуйлагч (формалин, уникол, уротропин болон бусад) ашигладаг.

Хүчил хагарлын төрлүүд нь дараах материал ашиглан хоёр үе шаттай эмчилгээ юм:

• полимер нэгдлүүд (PAA, PVC, гипан бабусад);
• латекс нэгдлүүд (SKMS-30, ARC);
• стирол;
• давирхай (BNI-5, TSD-9, TS-10).

Хүчиллэг уусгагчийн хувьд 15%-ийн давсны хүчлийн уусмал, мөн тусгай найрлага (SNPKh-9010, SNPKh-9633 болон бусад) ашигладаг.

Хүчил хагарлын төрлүүд нь дараах материал ашиглан хоёр үе шаттай эмчилгээ юм:

• полимер нэгдлүүд (PAA, PVV, гипан болон бусад);
• латекс нэгдлүүд (SKMS-30, ARC);
• стирол;
• давирхай (BNI-5, TSD-9, TS-10).

Хүчиллэг уусгагчийн хувьд 15%-ийн давсны хүчлийн уусмал, мөн тусгай найрлага (SNPKh-9010, SNPKh-9633 болон бусад) ашигладаг.