Гидроразрыв пласта является одной из наиболее востребованных технологий в нефтегазовой отрасли, позволяющей значительно повысить коэффициент извлечения углеводородов из трудноизвлекаемых месторождений. Ачимовские отложения представляют собой сложный объект разработки из-за их геологической неоднородности и низкой проницаемости. В условиях растущего спроса на энергоносители и необходимости освоения трудноизвлекаемых запасов, оптимизация процесса гидроразрыва пласта становится ключевой задачей для повышения эффективности добычи и снижения затрат.

Целью данной работы является разработка методики выбора оптимального дизайна гидроразрыва пласта для ачимовских отложений, учитывающей их уникальные геологические особенности. Для достижения этой цели необходимо изучить теоретические основы процесса гидроразрыва, провести анализ существующих подходов и технологий, а также предложить рекомендации по их оптимизации с учетом специфики ачимовских отложений.

Ключевые слова: гидроразрыв пласта, ачимовские отложения.

Гидроразрыв пласта представляет собой технологический процесс, направленный на увеличение проницаемости горных пород для улучшения условий добычи углеводородов. Суть метода заключается в создании трещин в породах за счёт нагнетания жидкости под высоким давлением. Эти трещины, заполненные специальным проппантом, способствуют увеличению площади контакта коллектора с пластом, что позволяет значительно улучшить извлечение нефти и газа. Основной целью гидроразрыва является обеспечение устойчивого увеличения дебита скважин и эффективного извлечения углеводородов из низкопроницаемых пластов.

Процесс гидроразрыва пласта включает несколько ключевых этапов. Сначала проводится подготовка скважины, включающая её очистку и изоляцию зоны воздействия. Затем в пласт нагнетается специальная жидкость, создающая давление, превышающее прочность горной породы, что приводит к образованию трещин. На следующем этапе в трещины вводится проппант, который предотвращает их закрытие после снятия давления. Завершающим этапом является восстановление скважины и оценка эффективности проведённого гидроразрыва. Принципы процесса включают учёт геологических особенностей пласта, выбор подходящих материалов и контроль параметров воздействия для достижения максимальной эффективности.

Исторический обзор методов гидроразрыва

История гидроразрыва пласта начинается с 1947 года, когда компания Halliburton успешно провела первую операцию в Канзасе, США. Этот метод был разработан для увеличения добычи углеводородов за счет создания дополнительных путей для перемещения флюидов в пласте. Ранние этапы развития технологии характеризовались использованием простых жидкостей, таких как вода с добавлением песка, в качестве пропанта, что обеспечивало минимальные затраты и относительно простую реализацию. Несмотря на начальные успехи, технология требовала дальнейшего совершенствования, чтобы справляться с более сложными геологическими условиями.

С развитием технологии гидроразрыва пласта в 1980-х годах было введено горизонтальное бурение, что позволило значительно увеличить эффективность процесса. Эта инновация сделала возможным извлечение углеводородов из ранее недоступных пластов. Современные методы включают использование сложных жидкостей для разрыва, таких как гели и эмульсии, а также высокотехнологичных пропантов, которые обеспечивают более длительное сохранение проницаемости трещин. Кроме того, внедрение компьютерного моделирования и мониторинга в реальном времени позволило значительно повысить точность и контроль над процессом гидроразрыва, что минимизировало риски и увеличило эффективность операций.

Геологические особенности ачимовских отложений

Ачимовские отложения представляют собой сложную геологическую структуру, характеризующуюся чередованием песчаников и глинистых пород. Эти слои обладают высокой неоднородностью, что связано с различиями в условиях их формирования. Песчаники, как правило, являются коллекторами углеводородов, в то время как глинистые породы играют роль изоляторов. Такая структура требует детального изучения для определения оптимального подхода к гидроразрыву пласта.

Геологические особенности ачимовских отложений существенно влияют на процесс гидроразрыва пласта. Вариативность проницаемости, колеблющаяся от 0,01 до 10 миллидарси, усложняет прогнозирование поведения пласта в ходе гидроразрыва. Неоднородная структура требует применения специализированных технологий, которые обеспечивают равномерное распределение трещин и максимальное извлечение углеводородов. В этом контексте «целесообразно выяснение причин, препятствующих запланированному росту продукции: выявление несоответствия дизайна ГРП фактической геометрии и размерам трещины» (Боровский, Небрат, Богатов, 2018. 1 с.). Успешное проведение гидроразрыва в ачимовских отложениях возможно только при учёте их уникальных геологических характеристик.

Анализ существующих подходов к гидроразрыву

Классификация методов гидроразрыва

Гидроразрыв пласта (ГРП) — это технология, применяемая в нефтегазовой отрасли для повышения продуктивности скважин. Метод заключается в закачке жидкости под высоким давлением в пласт, что приводит к образованию трещин в горной породе и улучшению фильтрации углеводородов. Впервые ГРП был внедрён в 1947 году в Канзасе, США, и с тех пор стал стандартной процедурой, способствующей значительному увеличению добычи нефти и газа. Существуют различные типы гидроразрыва, включая одностадийные и многостадийные методы, которые различаются количеством создаваемых трещин и их направленностью. Выбор технологии зависит от геологических и технических условий месторождения. В частности, в рамках проекта «Большая Ачимовка» запланировано создание региональной модели ачимовской толщи, что позволит выделить типовые зоны и определить приоритетные объекты [6]. Это подчеркивает необходимость адаптации методов ГРП к особенностям месторождений для достижения максимальной эффективности.

Методы гидроразрыва пласта классифицируются по технологическим характеристикам, включая используемые жидкости, типы проппанта и способы закачки. Например, в современных подходах применяются гелевые, пенистые и водные растворы, которые выбираются в зависимости от проницаемости породы и глубины залегания пласта. По данным Международного энергетического агентства, к 2020 году около 70 % добычи сланцевого газа в США было связано с использованием ГРП, что подчеркивает его значимость. Многостадийный гидроразрыв является наиболее эффективным методом для низкопроницаемых пород, таких как ачимовские отложения, благодаря его способности создавать множество трещин, увеличивающих площадь контакта с пластом.

Эффективность различных методик в контексте ачимовских отложений

Ачимовские отложения представляют собой сложные геологические структуры, характеризующиеся высокой гетерогенностью и низкой проницаемостью. Эти свойства обусловлены наличием различных типов пород с изменчивыми физико-химическими характеристиками, что затрудняет применение традиционных методов разработки. Например, Уренгойское месторождение входит в Западно-Сибирскую нефтегазоносную провинцию. Сложное строение месторождения связано с очаговыми поднятиями — северным, центральным и южным» [5]. Учитывая гетерогенность пород и их низкую проницаемость, становится необходимым внедрение специализированных технологий, таких как гидроразрыв пласта, для обеспечения экономически эффективной добычи углеводородов.

Методы гидроразрыва пласта, применяемые для ачимовских отложений, включают как традиционные, так и современные технологии. Среди них выделяется многостадийный гидроразрыв, который доказал свою эффективность в условиях низкой проницаемости. Эта технология значительно увеличивает площадь контакта между пластом и скважиной, что способствует улучшению извлечения углеводородов. Современные подходы обеспечивают более высокие результаты по сравнению с традиционными методами. Например, «технология ГРП с проскальзывающей водой (Slickwater Fracturing) обычно применяется в пластах с высокой хрупкостью и с развитыми естественными трещинами» [8]. Использование различных технологий гидроразрыва позволяет эффективно адаптироваться к геологическим условиям и повышать эффективность добычи углеводородов.

Применение различных методик гидроразрыва пласта оказывает значительное влияние на коэффициент извлечения углеводородов из ачимовских отложений. Исследования показывают, что многостадийный гидроразрыв может увеличить коэффициент извлечения на 15–20 %, что делает эту методику предпочтительным выбором для данных условий. При этом внедрение современных технологий способствует оптимизации затрат и повышению общей экономической эффективности разработки месторождений.В этом контексте важно отметить, что «применение опций многовариантности в математической модели гидроразрыва пласта представляет собой мощный инструмент для учета различных вариантов развития событий, условий и параметров, которые могут повлиять на результаты проведения данной технологии» [4]. Таким образом, комплексный подход к выбору методик гидроразрыва способен существенно повысить эффективность извлечения углеводородов.

Сравнительный анализ современных технологий гидроразрыва

Сравнение современных технологий гидроразрыва пласта основывается на ряде ключевых критериев, позволяющих оценить их эффективность и применимость в различных условиях. К таким критериям относятся степень увеличения коэффициента извлечения углеводородов, экономическая эффективность, экологическая безопасность и техническая сложность реализации. Например, технологии многостадийного гидроразрыва пласта демонстрируют значительное повышение коэффициента извлечения углеводородов, достигая увеличения на 25 % по сравнению с традиционными методами, что делает их предпочтительными для низкопроницаемых пластов. Методика В. А. Васильева, которая «позволяет наиболее точно рассчитать критический дебит скважины», также способствует более эффективному применению технологий в различных условиях [9].

Ачимовские отложения, отличающиеся низкой проницаемостью и высокой гетерогенностью, требуют применения специализированных технологий гидроразрыва пласта. Современные методы, такие как многостадийный гидроразрыв, оказываются наиболее эффективными в этих условиях, так как они не только повышают коэффициент извлечения углеводородов, но и минимизируют риски, связанные с разработкой сложных пластов. В 2020 году на месторождениях Западной Сибири, где находятся ачимовские залежи, использование таких технологий привело к значительному увеличению добычи нефти и газа. В этом контексте следует отметить, что «нефтегазовая промышленность играет большую и значительную роль в экономике и политике Российской Федерации и всего мира в целом» [3].

Рекомендации по оптимизации дизайна гидроразрыва

Методы повышения эффективности гидроразрыва

Гидроразрыв пласта (ГРП) является одной из ключевых технологий, способствующих увеличению добычи углеводородов из сложных геологических формаций. В последние годы наблюдается значительный рост числа операций ГРП, что подчеркивает его важность в нефтегазовой отрасли. В 2020 году в России было выполнено более 10 000 операций ГРП. Одним из методов повышения эффективности этой технологии является многостадийный гидроразрыв, который позволяет значительно увеличить коэффициент извлечения нефти, особенно в сложных геологических условиях. Данная технология обеспечивает создание большего числа трещин в пласте, что улучшает фильтрационные характеристики и увеличивает дебит скважин. Субгоризонтальные скважины с многостадийным гидроразрывом демонстрируют более высокую продуктивность по сравнению с традиционными скважинами, что подтверждает значимость данного метода [10].

Для успешного применения методов повышения эффективности гидроразрыва в условиях ачимовских отложений необходимо учитывать специфические геологические и физические характеристики этих пластов. Многостадийный гидроразрыв в таких условиях продемонстрировал свою эффективность, увеличивая коэффициент извлечения нефти на 20–30 %. Методы воздействия на продуктивные пласты направлены на повышение продуктивности скважин и извлечение углеводородов. Выбор метода воздействия осуществляется с учетом особенностей геологического строения, фильтрационно-емкостных свойств, а также состава пород-коллекторов и флюидов, которые их насыщают. Важно также применять адаптивные подходы к проектированию операций ГРП, включая моделирование трещинообразования и учет геомеханических свойств породы. Такой комплексный подход позволит оптимизировать процесс и достичь максимальной эффективности при минимальных затратах.

Технологические инновации и их применение

Современные технологические инновации в области гидроразрыва пласта направлены на повышение эффективности процесса извлечения углеводородов и снижение экологического воздействия. Среди таких инноваций можно выделить технологию многостадийного гидроразрыва, которая позволяет проводить операции с высокой точностью и увеличивать коэффициент извлечения нефти, что особенно важно для сложных геологических условий. Например, использование системы HiWAY от компании Schlumberger позволяет сократить потребление воды до 40 % при проведении операций гидроразрыва, что делает эту методику более экологичной и экономически выгодной. Эти разработки демонстрируют значительный потенциал для улучшения добычи углеводородов.

Применение современных технологических инноваций в ачимовских отложениях позволяет существенно улучшить показатели добычи углеводородов. Например, внедрение технологии многостадийного гидроразрыва на ачимовских месторождениях в 2020 году обеспечило увеличение коэффициента извлечения нефти на 15 %. Это особенно важно в условиях сложной геологии ачимовских отложений, где традиционные методы часто оказываются недостаточно эффективными. Такие инновации позволяют не только повысить производительность скважин, но и снизить затраты на операции, что делает их ключевым инструментом для оптимизации добычи в данных условиях.

Практические примеры успешной реализации

Одним из наиболее ярких примеров успешного применения гидроразрыва пласта в ачимовских отложениях является опыт компании «Газпром нефть», которая внедрила метод многостадийного гидроразрыва. Этот подход позволил увеличить дебит скважин на 20 %, что указывает на значительное повышение эффективности добычи углеводородов. В 2021 году в Западной Сибири было выполнено более 500 операций гидроразрыва пласта, из которых около 60 % продемонстрировали улучшение показателей добычи. Эти результаты подчеркивают важность применения современных технологий и адаптации методов к специфическим условиям ачимовских месторождений. Тем не менее, в РУП «ПО «Белоруснефть» 47 % скважин, пробуренных за 2023 год, приходится на горизонтальное бурение, при этом все горизонтальные скважины вводятся в эксплуатацию с использованием многостадийного гидроразрыва пласта. Это также подтверждает растущее значение данного метода в различных регионах и его способность повышать эффективность добычи.

Анализ успешных примеров применения гидроразрыва в ачимовских отложениях показывает, что использование инновационных технологий, таких как многостадийный гидроразрыв, позволяет значительно улучшить показатели добычи углеводородов. Эти результаты свидетельствуют о важности внедрения современных подходов и технологий для повышения эффективности операций. Примеры из Западной Сибири и работы компании «Газпромнефть» подтверждают, что адаптация методов к геологическим условиям месторождений является ключевым фактором успеха. На основе этих выводов можно рекомендовать дальнейшее развитие и внедрение инновационных технологий в области гидроразрыва.

Заключение

В ходе настоящего исследования были рассмотрены основные аспекты методики выбора оптимального дизайна гидроразрыва пласта для ачимовских отложений. Анализ теоретических основ позволил определить ключевые принципы и этапы процесса, а также выявить особенности ачимовских отложений, которые оказывают влияние на эффективность гидроразрыва. Исследование существующих подходов и современных технологий гидроразрыва позволило классифицировать методы, оценить их эффективность и выявить лучшие практики для применения в условиях ачимовских отложений. На основании проведенного анализа были разработаны рекомендации по оптимизации дизайна гидроразрыва, направленные на повышение добычи углеводородов и снижение затрат на операции. Таким образом, поставленные в начале работы цели были достигнуты, а задачи успешно решены.

Практическая значимость данного исследования заключается в разработке рекомендаций, которые могут быть использованы для повышения эффективности гидроразрыва пласта в ачимовских отложениях. Применение предложенных методов и технологий позволит увеличить коэффициент извлечения углеводородов, что особенно актуально для месторождений с низкой проницаемостью. В перспективе дальнейшие исследования могут быть направлены на разработку новых технологических решений, учитывающих изменяющиеся условия эксплуатации и экологические требования, а также на проведение дополнительных полевых испытаний для подтверждения эффективности предложенных подходов. Это позволит продолжить совершенствование методов гидроразрыва и обеспечивать устойчивое развитие нефтегазовой отрасли.

Литература:

1. Бобков Д. О. Проблемы, возникающие при проведении ГРП, и возможности их решения // Современные научные исследования и инновации. — 2017. — № 7. — URL: https://web.snauka.ru/issues/2017/07/84111 (дата обращения: 05.10.2024).
2. Боровский М. Я., Небрат А. Г., Богатов В. И. Повышение эффективности оценки результатов гидроразрыва в карбонатных пластах: комплексирование геофизических методов // Булатовские чтения: сборник статей. — 2018. — С. 65–66.
3. Гуляев Г. Ю. World science: problems and innovations: сборник статей XXIX Международной научно-практической конференции. — Пенза: МЦНС «Наука и Просвещение», 2019. — 292 с.
4. Ефременко И. В. Применение опций многовариантного моделирования для оптимизации дизайна гидравлического разрыва пласта на нефтяных месторождениях // Сборник материалов конференции. — Томск: Национальный исследовательский Томский политехнический университет, [б. г.]. — С. [б. с.].
5. Жарикова Н. Х., Горпинченко А. Н., Масалова А. А. Анализ геолого-промысловой характеристики Уренгойского нефтегазоконденсатного месторождения с целью поиска месторождений-аналогов // Науки о земле. — [б. г.]. — С. 98–99.
6. https://nauchforum.ru/archive/SNF_nature/4(58).pdf#page=33
7. Калиманова Н. П., Урванцев Р. В., Линцер С. А. Обоснование применения гидроразрыва пласта на нефтегазоконденсатном месторождении // ФГБОУ ВО «Тюменский индустриальный университет». — Тюмень, [б. г.]. — [б. и.].
8. Кочергин М. А. Технологические подходы к разработке ресурсов сланцевого газа // Отраслевые научные и прикладные исследования: Науки о земле. — [б. г.]. — С. 158–159.
9. Минаков А. В., Кравченко А. Ю., Майлат Я. А., Воробьёва С. Н. Оценка условий выноса проппанта из трещин гидроразрыва, его влияния на продуктивность пластов и эффективность гидроразрыва пластов // Секция 6. Геология и разработка нефтяных и газовых месторождений. — [б. м.]: [б. и.], [б. г.]. — С. 82–83.
10. Резанов Д. С. Анализ реализованных решений по разработке ачимовских отложений на одном лицензионном участке // [б. и.]. — [б. м.], [б. г.]. — [б. с.].
11. Способы, методы и процессы технического и технологического развития: сборник статей по итогам Международной научно-практической конференции (Челябинск, 23 июня 2020 г.) / под ред. Сукиасян А. А. — Стерлитамак: АМИ, 2020. — 82 с.
12. Трифонов А. В., Девятьяров С. С., Леонтьев Д. С., Волков В. В., Козлов Е. Н., Гайнеддинов Р. Р., Сайфутдинов Э. Ф., Корепанов А. А., Бастраков А. А., Пономарев Д. С. Опыт проведения большеобъемного гидравлического разрыва пласта в скважине с горизонтальным окончанием в ачимовских отложениях Ямбургского НГКМ // Технологии. — 2021. — № 2 (076). — С. 20–21.
13. Чжоу Цяофэн, Золотухин А. Б., Гаюбов А. Т. Новый подход к определению размера трещин многоступенчатого гидроразрыва пласта по данным дебита скважины // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. — 2017. — № 6. — С. 74–75. DOI: 10.15372/FTPRPI20170608.
14. Яскевич С. В. Пример практической значимости контроля качества процедур обработки данных скважинного микросейсмического мониторинга // Институт нефтегазовой геологии и геофизики им. А. А. Трофимука СО РАН. — Новосибирск, [б. г.]. — 256 с.