Способ приготовления жидкости для гидравлического разрыва пласта с использованием диоксида углерода в твердом состоянии Российский патент 2023 года по МПК C09K8/66 E21B43/26 

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности, способам приготовления жидкости для гидравлического разрыва пласта (далее - ГРП), содержащей диоксид углерода в твердом состоянии для перехода последнего в пластовых условиях в сверхкритическое состояние.

С самого момента появления метода ГРП множество различных видов жидкостей применялось для создания гидравлических трещин и переноса расклинивающего наполнителя (проппанта) для добычи сланцевого газа. Широко известны составы жидкостей на углеводородной основе, например, газоконденсат, дизельное топливо или нефть. Однако подобные жидкости для ГРП испытывают сильный дефицит вязкости для выноса и взвеси проппанта. Современная тенденция в мировой практике заключается в постоянном улучшении жидкостей для ГРП и повышении эффективности их применения. В последние годы, особенно в зарубежной практике, зачастую используются различные рецептуры технологических жидкостей на основе гелеобразующих биополимерных материалов. Однако большинство из них не позволяют увеличить газо- и нефтеотдачу пласта.

Из уровня техники известна жидкость для ГРП (патент на изобретение РФ № 2424271, опубл. 20.07.2011) на водной основе, которая содержит, мас. %: хлорид калия 6,00-7,00, сульфацел 1,30-2,00, сульфат алюминия 0,15-0,80, буру 0,7-0,9, дисолван 0,03-0,05, ИККАРБ-75М 2-3, пластовую воду - остальное. Для получения жидкости предварительно готовят сыпучую смесь твердых компонентов, состоящую из расчетных количеств компонентов состава: KCl, Al₂(SO₄)₃, сульфацел, тетраборат натрия Na₂B₄O₇×7H2O и ИККАРБ-75М. Смесь засыпают в специальный стакан из химического стекла миксера. Затем, постепенно помешивая стеклянной палочкой, приливают воду и дисолван 4490, после чего смесь перемешивают в мешалке в течение 20 минут. Недостатками вышеуказанных технических решений является низкая эффективность жидкостей для ГРП, которая обусловлена тем, что позволяет вытеснить малый объем газа из призабойной зоны пласта.

Известен способ приготовления жидкости для ГРП (патент на изобретение РФ №2758828, опубл. 02.11.2021), при котором при перемешивании в высокоминерализованную воду добавляют биоцид от 0,001 до 0,005 мас. %, затем добавляют гелеобразующий агент от 0,2 до 0,5 мас. %, проводят гидратацию гелеобразующего агента и вводят в полученный линейный гель деэмульгатор в количестве от 0,01 до 0,2 мас. % и деструктор в количестве от 0,02 мас. % до 0,14 мас. %, затем добавляют сшиватель в количестве от 0,2 до 0,4 мас. %, совместно или после добавления сшивателя вводят стабилизатор сшивки в количестве от 0,04 до 0,3 мас. %, при этом соотношение сшивателя к гелеобразующему агенту составляет от 0,6:1 до 1,0:1, к стабилизатору сшивки от 1,3:1 до 5,6:1, к деструктору от 3,5:1 до 13,0:1. Недостатками вышеуказанных технических решений является низкая эффективность жидкостей для ГРП, которая обусловлена тем, что позволяет вытеснить малый объем газа из призабойной зоны пласта.

Известен способ приготовления жидкости для ГРП (патент CN104877658, “Fracturing fluid prepared from high-salinity formation water and preparation method of fracturing fluid”, опубл. 02.01.2018) включающий следующие этапы: 1. при содержании в местной воде 10000 мг/л ~ 100000 мг/л добавляют гидроксипропилгуаровую камедь с массовой долей 0,2 ~ 0,4% до минерализации при перемешивании; 2. в защитный материал добавляют модификатор, регулируя рН защитного средства на уровне 8 ~ 9. Защитный материал, деэмульгирующее средство для очистки и стерилизующее средство последовательно добавляют на этапе 1. Полученную смесь продолжают перемешивать до образования однородной жидкости; 3. при создании расслоя массовое соотношение связующего агента и полученной жидкости составляет 1 ~ 5 : 90.21 ~ 98.4. При всех своих достоинствах получаемая жидкость для ГРП обладает недостатками, такими как отсутствие деструктора. Кроме того, представленные в известном техническом решении содержания компонентов не обеспечивают получение жидкости, сохраняющей требуемую вязкость необходимое время с последующим разрушением для удаления из пласта. Также стабильность и эффективность известной жидкости обеспечивается только при использовании модифицированного гуара.

Известна жидкость для ГРП с повышенной соленостью на водной основе с новым составом сшивателя (патент CN103497754, “High-temperature hyper-salinity water-base fracturing fluid”, опубл. 02.03.2016), которую получают смешиванием компонентов на основе циркония, бора и связующих, которые применимы для сшивания полисахаридных линейных гелей, приготовленных на водах с высокой минерализацией (около 20 г/л). Однако, в качестве гелеобразующих агентов в данном техническом решении используется модифицированная гуаровая камедь, что в комплексе с нетрадиционным сшивателем приводит к высокой стоимости системы и синтезу специализированных сшивателей. При этом не указывается возможность обеспечения одновременно стабильности жидкости ГРП и её распада в течение конкретного времени.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является способ использования жидкости для ГРП пласта на основе сверхкритического диоксида углерода (далее - SCCO2) (патент CN103540308A “Supercritical carbon dioxide based fracturing liquid system and application thereof”, опубл. 29.01.2014), в котором жидкость для ГРП содержит следующие компоненты: 0,1%-5% адгезива, 0,3%-6,5% кондиционера и остальное - SCCO2. Для приготовления жидкости все компоненты смешиваются в определенном процентном соотношении по массе, и расклинивающий агент закачивается в пласт вместе со смесью. Жидкость для ГРП, известная из упомянутого источника является эффективной, но не безопасной для персонала в процессе ее приготовления ввиду содержания высоких концентраций SCOO2. Кроме того, реализация описанного способа технологически сложна и требует использования специального дополнительного оборудования.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение уровня промышленной безопасности на предприятиях по добыче сланцевого газа.

Техническим результатом заявляемого изобретения является снижение концентрации SCCO2 в жидкости для ГРП при сохранении высокой эффективности расширения пор сланцевого пласта для вытеснения из них молекул метана, а также упрощение технологии изготовления жидкости для ГРП.

Технический результат достигается тем, что используют способ приготовления жидкости для ГРП с использованием диоксида углерода в твердом состоянии, включающий смешение компонентов жидкости для гидравлического разрыва пласта. Сначала при перемешивании в воду добавляют гелеобразующий агент, проводят гидратацию гелеобразующего агента, и вводят в полученный гель деэмульгатор и деструктор, затем добавляют сшиватель, совместно с сшивателем или после добавления сшивателя вводят стабилизатор сшивки, непосредственно перед закачкой в пласт в полученный гель добавляют диоксид углерода в твердом состоянии («сухой лед») в количестве от 0,15 до 0,45 мас.%, перемешивают и закачивают полученную смесь в вертикальную скважину на минимальную глубину 800 м с минимальной забойной температурой 31°С, при которых диоксид углерода переходит в сверхкритическое состояние.

Жидкость SCCO2 обладает уникальными физическими и химическими свойствами, которые придают ей высокую адсорбционную и растворяющую способности, из чего следует вывод о том, что для нетрадиционных коллекторов, в которых преобладает адсорбированный газ, часто запертый в порах малого размера, контакт с СО2 становится эффективным методом для ускорения вытеснения. Одновременно имеют место два эффекта-увеличение размера пор вследствие частичного растворения матрицы и десорбция метана более активными молекулами SCCO2. Оба эффекта подтверждены научными исследованиями (см., например, Wang Meng. Current research into the use of supercritical CO2 technology in shale gas exploitation / Wang Meng, Huang Kai, Xie Weidong, Dai Xuguang // International Journal of Mining Science and Technology - 2019. - 29 - p. 739-744).

Способ приготовления жидкости для ГРП с использованием диоксида углерода в твердом состоянии включает следующие этапы. Приготавливают любую известную жидкость для ГРП. Непосредственно перед закачкой жидкости в пласт в ёмкость с ней добавляют 0,15-0,45 масс. % сухого льда, являющегося диоксидом углерода в твердом агрегатном состоянии. Количество сухого льда в жидкости обусловлено количеством газообразного CO2, образуемого на поверхности ёмкости для приготовления жидкости при контакте с водой, которое было бы безопасно для персонала скважины, а также обеспечением эффекта воздействия SCCO2 на горные породы. Известно, что концентрация CO2 в воздухе более 7% (70,000 ppm) может привести к удушью и потере сознания, даже в присутствии достаточного количества кислорода. Сухой лёд, введенный в жидкость для ГРП, перемешивают и закачивают известным способом в пласт на минимальную глубину 800 метров по вертикали. Внутри скважины сухой лёд сублимируется и, достигая заданной глубины, подвергается условиям, при которых переходит в своё сверхкритическое состояние: давление 7,38 Мпа и температура 31,04°С (см., например, M. Curt White. Separation and capture of CO2, from large stationary sources and sequestration in geological formations-coalbeds and deep saline aquifers / M. Curt White, Brian R. Strazisar, Evan J. Granite, H. Pennline // J Air Waste Manag Assoc - 2003. - 53 (6) - p. 645-715).

Использование жидкостей для ГРП, изготовленных в соответствии с заявляемым способом позволит

- повысить уровень промышленной безопасности на нефтегазодобывающих объектах промышленности,

- увеличить газоотдачу пор в призабойной зоне пласта,

- упростить процесс получения жидкости для ГРП со сверхкритическим углекислым газом в составе,

- исключить необходимость использования дополнительного дорогостоящего оборудования.

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к повышению проницаемости в призабойной зоне пласта. Технический результат - снижение концентрации сверхкритического углекислого газа в жидкости для гидроразрыва пласта при сохранении высокой эффективности расширения пор сланцевого пласта для вытеснения из них молекул метана. В способе приготовления жидкости для гидравлического разрыва пласта сначала при перемешивании в воду добавляют гелеобразующий агент и проводят гидратацию гелеобразующего агента. Затем вводят в полученный гель деэмульгатор и деструктор, затем добавляют сшиватель. Совместно с сшивателем или после добавления сшивателя вводят стабилизатор сшивки. Непосредственно перед закачкой в пласт в полученный гель добавляют диоксид углерода в твердом состоянии - «сухой лед» в количестве от 0,15 до 0,45 мас.%, перемешивают и закачивают полученную смесь в вертикальную скважину на минимальную глубину 800 м с минимальной забойной температурой 31°С, при которых диоксид углерода переходит в сверхкритическое состояние.

Способ приготовления жидкости для гидравлического разрыва пласта с использованием диоксида углерода в твердом состоянии, включающий смешение компонентов жидкости для гидравлического разрыва пласта, отличающийся тем, что сначала при перемешивании в воду добавляют гелеобразующий агент, проводят гидратацию гелеобразующего агента и вводят в полученный гель деэмульгатор и деструктор, затем добавляют сшиватель, совместно с сшивателем или после добавления сшивателя вводят стабилизатор сшивки, непосредственно перед закачкой в пласт в полученный гель добавляют диоксид углерода в твердом состоянии - «сухой лед» в количестве от 0,15 до 0,45 мас.%, перемешивают и закачивают полученную смесь в вертикальную скважину на минимальную глубину 800 м с минимальной забойной температурой 31°С, при которых диоксид углерода переходит в сверхкритическое состояние.