docMetody intensyfikacji wydobycia węglowodorów dr inż. Paweł
download 
Reklamacja Transkrypt
Metody intensyfikacji wydobycia węglowodorów dr inż. Paweł
Intensyfikacja Wydobycia Przemysł Naftowy w Polsce 2011 Metody intensyfikacji wydobycia węglowodorów naturalny głównym celem oddziaływania zabiegów intensyfikacji wydobycia. Ich zadaniem jest umożliwienie przepływu przez strefę uszkodzoną na poziomie co najmniej zbliżonym do stanu naturalnego, a w wielu przypadkach nawet uzyskania rezultatów lepszych od stanu naturalnego. W takim przypadku wartość współczynnika „s” przyjmuje wartości ujemne. Obecnie rozwój technologii wykorzystywanej w zabiegach intensyfikacji dopływu do odwiertu umożliwia znacznie szersze ich wykorzystanie, wychodzące poza strefę uszkodzoną. Zabiegi te mają na celu polepszenie własności filtracyjnych w otoczeniu odwiertu, co daje możliwość znaczącego wzrostu ich produktywności, a co za tym idzie uzyskiwanego wyniku ekonomicznego w skali całego złoża. Rozwój technologii intensyfikacji wydobycia jest silnie związany z sytuacją na rynku ropy naftowej. W początkowym okresie rozwój był związany z usuwaniem uszkodzeń w strefie przyodwiertowej, a więc zabieg miał zasięg lokalny, ograniczony do skały w bezpośrednim otoczeniu odwiertu. Jego zadaniem było przywrócenie drożności skały. Okres drugi jest związany ze wzrostem ceny ropy na rynkach światowych powodowanym m.in. ograniczeniami dostaw z krajów zrzeszonych w OPEC w latach 70. XX wieku. Wymusiło to na rynku amerykańskim konieczność zwiększenia wydobycia z częściowo sczerpanych złóż, a także rozpoczęcia produkcji ze złóż o niskiej przepuszczalności, wcześniej nieekonomicznych. Kolejny wzrost zainteresowania metodami intensyfikacji wydobycia nastąpił w latach 90. XX wieku, kiedy to przedmiotem zainteresowania stały się również złoża o średniej i wysokiej przepuszczalności. Pozwoliło to znacząco zwiększyć wydobycie oraz bardziej elastycznie reagować na zmiany cen ropy naftowej. Dodatkowa strata ciśnienia spowodowana uszkodzeniem Odwiert Metody intensyfikacji wydobycia węglowodorów są to zabiegi wykonywane w odwiertach, mające na celu zwiększenie dopływu medium złożowego do odwiertu przez zmniejszenie naturalnych oraz powstałych na skutek prac wiertniczych i eksploatacyjnych ograniczeń przepływu. Ze względu na to, iż zależność przedstawiająca zmiany ciśnieniem wokół odwiertu podczas eksploatacji jest funkcją logarytmiczną, stan bezpośredniego otoczenia odwiertu jest krytyczny z punktu widzenia jego możliwości produkcyjnych. Oznacza to, iż wszelkie dodatkowe ograniczenia przepływu występujące w tym regionie powodują dodatkowy spadek ciśnienia (rys. 1), który w skrajnych przypadkach może uniemożliwić pracę odwiertu. Te dodatkowe opory w równaniu opisującym dopływ do odwiertu reprezentowane są przez tzw. skin effect. Wielkość „skin efektu” zależy od zasięgu strefy uszkodzonej oraz stopnia redukcji przepuszczalności i może być przedstawiona za pomoPideal cą formuły Hawkinsa [5]: s = c k - 1m ln ` rd j kd rw Idealny rozkład ciśnienia (strefa nieuszkodzona) ∆Pd Rzeczywisty rozkład ciśnienia Preal Współczynnik s = 0 oznacza brak (strefa uszkodzona) uszkodzeń strefy przyodwiertowej, wzrost jego wartości oznacza naStrefa uszkodzona tomiast zwiększenie uszkodzenia. Złoże Powstała wokół odwiertu strefa rw rd uszkodzona generująca dodatkowe Rys. 1. Dodatkowe straty ciśnienia powodowane uszkodzeniem strefy przyodwiertowej [5] opory przepływu stała się w sposób 28 P R Z E M Y S Ł N A F T O W Y W P O L S C E 2 0 1 1 re Przemysł Naftowy w Polsce 2011 Metody intensyfikacji wydobycia węglowodorów podzielić można na trzy główne grupy: • metody mechaniczne, • metody chemiczne, • metody termiczne. Do metod mechanicznych zalicza się przede wszystkim szczelinowanie hydrauliczne, a także metody detonacyjne. Metodą chemiczną jest kwasowanie matrycy skalnej, natomiast metody termiczne to wygrzewanie odwiertów, mające na celu stopienie osadów stałych (parafiny) oraz redukcję lepkości ropy. Za połączenie metody mechanicznej z chemiczną uznać można szczelinowanie kwasem. Obecnie dominującą rolę wśród metod intensyfikacji dopływu do odwiertu odgrywają zabiegi szczelinowania hydraulicznego i kwasowania w różnych odmianach, dostosowanych do konkretnych warunków złożowych i zakładanego celu zabiegu. Naprężenia powodowane naciskiem górotworu (określane często jako pionowe) są sumą ciśnień powodowanych przez wszystkie warstwy nadległe, więc jeśli brak jest dodatkowych oddziaływań zewnętrznych, a skała zachowuje się jak ośrodek elastyczny, naprężenia te są funkcją gradientu ciśnienia górotworu i głębokości. Naprężenia pionowe zazwyczaj znacząco przewyższają naprężenia poziome w skale, co powoduje, iż w większości przypadków powstające podczas zabiegu szczelinowania hydraulicznego szczeliny są pionowe. Powstanie szcze- Szczelinowanie hydrauliczne Technologia szczelinowania hydraulicznego znana jest od lat 20. XX wieku, a pierwsze zakończone sukcesem komercyjne zastosowanie miało miejsce w 1949 roku. Od tego czasu obserwuje się gwałtowny rozwój tej technologii [2]. Zabieg szczelinowania hydraulicznego polega na tłoczeniu płynu do odwiertu z wydajnością i ciśnieniem powodującym pęknięcie skały złożowej. „Idealna” szczelina wytworzona w odwiercie pionowym formuje się w postaci dwóch skrzydeł o tym samym zasięgu, propagujących od ściany odwiertu po jego przeciwległych stronach (rys. 2). W trakcie tłoczenia płynu szczelinującego do złoża powstaje różnica ciśnień między ciśnieniem w odwiercie i naturalnym ciśnieniem złożowym. Wraz ze wzrostem wydatku tłoczenia wzrasta różnica ciśnień, powodując dodatkowe naprężenia w skale wokół odwiertu. W momencie gdy wytworzone w skale naprężenia przekroczą wytrzymałość skały, dochodzi do pęknięcia. Naprężenia występujące wewnątrz formacji skalnej są najczęściej naprężeniami ściskającymi i pochodzą głównie od ciężaru skał nadległych; w tej formie są stosunkowo łatwe do przewidzenia. Zjawiska takie jak tektonika, wulkanizm, odkształcenia plastyczne formacji otaczających, silnie wpływają na zmiany stanu naprężeń w złożu, przez co są one znacznie trudniejsze do przewidzenia. liny poziomej jest możliwe w złożach zalegających na małych głębokościach lub w przypadku występowania reorientacji głównych kierunków naprężeń na skutek zjawisk tektonicznych. Na wielkość naprężeń w skale złożowej dodatkowo wpływa ciśnienie porowe. W przypadku rozszerzenia teorii elastyczności na ośrodek porowaty wypełniony płynem określa się stopień wpływu ciśnienia płynów złożowych na naprężenia matrycy skalnej [1]. Wielkość i kierunki naprężeń mają istotne znaczenie z punktu widzenia kierunku propagacji szczeliny. W przyjętym trójwymiarowym układzie rozkładu naprężeń pęknięcie skały postępuje tak, aby „uniknąć” największych naprężeń, i dlatego rozwarcie szczeliny powstaje w kierunku naprężeń najmniejszych, a szczelina propaguje równolegle do kierunku największych Rys. 3. Wpływ kierunków głównych naprężeń w górotworze na propagację szczeliny w odwiercie horyzontalnym [6] Rys. 2. Model idealnej eliptycznej szczeliny [7] P R Z E M Y S Intensyfikacja Wydobycia Ł N A F T O W Y W P O L S C E 2 0 1 1 29
