Добавки к жидкостям для гидроразрыва

Жидкость для гидроразрыва - это не просто жидкость, вязкость которой по­вышена, как, например, вода с гуаровым полимером или дизельное топливо с по­лимером сложного эфира фосфата алюминия. Жидкости для гидроразрыва - это комплексные смеси, обычно содержащие пять или более добавок.

Добавки - это твердые или жидкие материалы, добавляемые к основе жидкости для гидроразрыва для того, чтобы изменить свойства жидкости (например, чувствительность к температуре или способность препятствовать фильтрации жидкости в пласт). Добавки - это все, что добавляется в жидкость для гидрораз­рыва, кроме воды, полимеров и связывающих агентов (сгустителей).

Некоторые материалы не считаются добавками потому, что они предназначены для приготовления основного раствора. К этим материалам относятся:

• активаторы,

• некоторые буферные жидкости,

• связывающие агенты (сгустители),

• эмульгаторы,

• пенообразующие агенты,

• полимеры,

• соли, такие, как хлорид калия (КСl), хлорид аммония (NH₄Cl) или хлорид тетраметиламмония ([CH₃]₄NCl).

Типы добавок

Наиболее распространенными типами добавок к жидкости для гидроразрыва являются:

• бактерициды (такие, как Bio-Clear-1000, которые препятствуют росту бактерий или Bio-Clear-2000, который убивает существующие бактерии),

• разрушители геля (которые расщепляют связанные жидкости),

• буферные растворы (которые используются для регулирования сгущения),

• стабилизаторы неустойчивых глин (такие, как CCS-10 и NCL-100),

• добавки для снижения фильтрации (такие, как J418 и J84),

• понизители трения (специальные гели, которые уменьшают трение в трубах),

• деэмульгаторы (такие, как FS-100 и NE-201),

• поверхностно-активные вещества (такие, как S75, U78 и F40),

• стабилизаторы температуры (такие Тиосульфат натрия [J353] и К46).

Бактерициды

Назначение бактерицидов заключается в следующем:

• снижать разложение геля в связи с ростом бактерий,

• защищать пласт от роста бактерий,

• предотвращать проникновение в пласт бактерий во время операции по гидроразрыву пласта.

Одной из проблем, вызываемых бактериями, является образование бактериальной слизи в скважине, которая снижает проницаемость трещин. Считается, что бактерии, попадающие с жидкостью для гидроразрыва также вызывают закисание некоторых скважин.

Жидкости для гидроразрыва на водяной основе не должны закачиваться в скважину без каких-либо бактерицидов. Бактерициды необходимы в жидкости для гидроразрыва на нефтяной основе, которая применяется совсем по-другому, нежели ее аналог на водяной основе. Бактерии бывают:

• аэробными или

• анаэробными.

Аэробным бактериям для жизни необходим кислород. Анаэробные бактерии могут существовать без кислорода.

Разрушители геля используются для уменьшения вязкости связанных (сгущенных) жидкостей для того, чтобы очистку можно было проделать быстрее и эффективнее. Кроме того, разрушители геля разрушают жидкость таким образом, что проппантная (расклинивающая) набивка разрушается, и повреждения поверхности пласта уменьшаются. Одним словом, они разрушают основу связей геля, что приводит к быстрому и легкому разложению геля.

Существуют разрушители геля как для жидкостей для гидроразрыва на водной основе, так и на нефтяной основе. Для жидкостей на водной основе предусмотрены ферментные разрушители геля (которые поглощают гель) и окисляющие разрушители геля (которые разлагают гель). Кроме того, существуют интенсификаторы разрушителей геля, которые используются для того, чтобы разрушители геля действовали более эффективно при пониженных температурах. J603 и МЗ - это разрушители для жидкости на нефтяной основе. Эти разрушители геля ослабляют связи между углеводородами и гелем понижая, таким образом, вяз­кость.

Буферные растворы используются для установления необходимого значения р. жидкости для гидроразрыва. Они бывают как слабыми кислотами, так и основаниями, хотя основания применяются более распространенно. Есть две различные области применения буферных растворов:

• Они обеспечивают гидратацию гуара или других полисахаридов для создания необходимой основной жидкости или не связанной (не сгущенной) жидкости, так как высокое значение рН или высокое содержание углеводородов затрудняют гидратацию.

• Они удерживают значение рН в довольно узком диапазоне при увеличении температуры (когда жидкость закачивается в скважину), что способствует более эффективному загущению полимеров.

Наиболее часто используемыми буферными растворами являются растворы кар­боната натрия и бикарбоната натрия.

Стабилизаторы глины используются для предотвращения разбухания или перемещения глины в пласте в ходе разрыва, что может привести к снижению проницаемости. Глины состоят из алюмосиликатных минералов, диаметр частиц которых меньше диаметра частиц пыли или песка. Распространенными типами глин являются:

• каолинит,

• иллит,

• хлорит,

• смектит и

• смешанно-слоистая глина.

Хлорид калия, хлорид аммония и хлорид тетраметиламмония являются наиболее широко используемыми стабилизаторами глин и должны закачиваться при концентрации не более 2%. Закачивание растворов с концентрацией 4% или 5%, как это нередко делается, может привести к образованию в скважине накипи, из- за которой ухудшается добыча из пласта. Основные методы регулирования глины таковы:

• ионная нейтрализация,

• образование органического барьера или объединение частиц.

Объединение частиц производится закачиванием в пласт кислоты.

Добавки для снижения водоотдачи используются для уменьшения фильтрации жидкости в пласт. Это увеличивает эффективность жидкости и предотвращает преждевременное выпадение песка. Лабораторные данные показывают отклонение во времени между ожидаемым и действительным объемом фильтрата, которое происходит из-за потери жидкости.

Добавки для снижения водоотдачи никогда не должны закачиваться с песком, так как это может привести к нарушению эксплуатационных качеств пласта. Материалы, увеличивающие фильтрацию, должны вводиться в пласт на дополнительной стадии во время операции гидроразрыва, до закачивания жидкостей, содержащих расклинивающие агенты.

Есть три основных типа добавок для снижения водоотдачи:

• добавка в виде инертных частиц,

• нефтерастворимые добавки (которые, теоретически, растворяются пластовыми жидкостями во время эксплуатации скважины) и

• эмульсии (агенты К1 и вспенивающие агенты).

Понизители трения

Для уменьшения трения в жидкостях для гидроразрыва пласта на водяной основе обеспечивают низкие концентрации PSG или HPG. Для уменьшения трения в жидкостях для гидроразрыва пласта на нефтяной основе используется сополимер акрилонитрила (J257). Имеется также понизитель трения для кислот. Все эти понизители трения облегчают закачивание жидкости, уменьшая потери давления на трение в трубах, сокращая, таким образом, расходы заказчика на оплату энергии.

Понизители трения бесполезны, если жидкость накачивается в виде турбулентного потока.

Деэмульгаторы используются для предотвращения образования или для разру­шения эмульсий, образующихся при смешивании жидкостей для гидравлического разрыва пласта с пластовыми флюидами. Эмульсии обычно образуются под дей­ствием эмульгирующих агентов, таких, как сырая нефть, частицы пыли или асфальтены. Деэмульгатор NE-201 используется для предотвращения эмульгирова­ния агентов, a F54 - для разрушения эмульсий после их образования. Так как эти эмульсии могут препятствовать вытеканию пластовых флюидов в ствол скважи­ны, их уменьшение необходимо для эффективной разработки пласта.

Для предотвращения эмульгирования или разрушения эмульсии необходимы лабораторные исследования. Избыточная концентрация деэмульгаторов может быть вредной.