Оборудование для проведения гидравлического разрыва пласта С.А. Белкина О.В. Мироедова Л.И. Сафина студентки гр. 2 н 41 б Руководитель: А. И. Стариков

Извлечение нефти из пласта и любое воздействие на него осуществляется через скважины. Призабойная зона скважины (ПЗС) – область, в которой все процессы протекают наиболее интенсивно. Здесь как в единый узел сходятся линии токов при извлечении жидкости или расходятся – при закачке. От состояния призабойной зоны пласта существенно зависят эффективность разработки месторождения, дебиты добывающих, приёмистость нагнетательных и та доля пластовой энергии, которая может быть использована на подъём жидкости непосредственно в скважине.

Механические методы воздействия эффективны в твёрдых породах, когда создание дополнительных трещин в ПЗС позволяет приобщить к процессу фильтрации новые удалённые части пласта. Одним из наиболее распространенных методов интенсификации добычи нефти или газоотдачи является гидравлический разрыв пласта (ГРП).

ОПЕРАЦИЯ ГИДРОРАЗРЫВА ПЛАСТА Суть операции заключается в нагнетании в скважину по специальным насосно-компрессорным трубам высоковязкой жидкости (геля), приготовленной на основе воды или углеводородной жидкости (нефть, дизельное топливо). Давление, создаваемое жидкостью, разрывает породу пласта по плоскостям минимальных напряжений горного давления. В результате в пласте образуется трещина. После разрыва пласта, за счет продолжающейся закачки жидкости, образовавшаяся трещина увеличивается в размерах. При достижении трещиной определенных размеров в жидкость разрыва начинает подаваться расклинивающий агент, называемый проппантом (искусственный песок с частицами шаровидной формы, изготовленный на основе бокситов). Расклинивающий агент транспортируется жидкостью разрыва в трещину. Его задача удерживать трещину в раскрытом состоянии после прекращения подачи жидкости разрыва в скважину и снятия избыточного давления.

На заключительной стадии, оставшийся после заполнения трещины в скважине проппант, продавливается гелем в пласт. Таким образом, за счет созданной трещины, заполненной проппантом, расширяется область пласта, дренируемая скважиной, подключаются ранее не участвующие в разработке участки залежи, создается высокопроводящий канал для поступления нефти в скважину. Это позволяет увеличить дебит скважины в несколько раз (в среднем по нефти в 3 раза), увеличить коэффициент извлечения нефти из пласта, и тем самым переводить часть забалансовых запасов нефти в промышленные.

ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО РАЗРЫВА ПЛАСТА При проведении операции ГРП используется: - комплект оборудования для управления процессом приготовления рабочей жидкости; - комплект оборудования для управления процессом закачки жидкости; - системы автоматического мониторинга и регистрации параметров закачки.

СТАНЦИЯ КОНТРОЛЯ И УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ГРП Станция контроля и управления процессом ГРП предназначена для: - мониторинга и регистрации параметров приготовления жидкости; - мониторинга и регистрации параметров закачки; - сравнения фактических параметров закачки с проектными в реальном времени.

В комплект оборудования станции входят: - средства оценки первичных данных и проектирования ГРП; -станция дистанционного контроля работы оборудования; -система отображения информации о развитии процесса ГРП в реальном времени; - резервное питание.

ЕМКОСТИ ДЛЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ЖИДКОСТЕЙ Предназначены для временного хранения, перевозки, приготовления и подачи технологических жидкостей гидроразрыва (гелей на водной или углеводородной основе). Емкости цилиндрические, горизонтальные, объемом от 45 м 3 до 75 м 3 смонтированы на колесных прицепах, что позволяет в минимальные сроки производить передислокацию емкостей и их установку на скважине. Пенополиуретановое покрытие емкостей и электроподогрев задвижек позволяет круглогодичное производство технологических жидкостей ГРП.

СРЕДСТВА ПЕРЕВОЗКИ ПРОППАНТА Песковоз предназначен для перевозки проппанта и контролируемой подаче его в смеситель (блендер). Представляет собой гидравлический самосвал с полностью закрытым кузовом. Полезная максимальная нагрузка – до 30 т. Подача проппанта производится через гидравлически управляемую заслонку, имеющую устройство замера расхода.

Крыша песковоза оборудована площадкой с перилами и тремя загрузочными люками для проппанта. Песковоз оборудован трубными соединениями для приема сухих агентов из других агрегатов и контейнеров.

СРЕДСТВА ПОДАЧИ ПЕСКА И ПРОППАНТА Предназначены для обеспечения подачи проппанта в смеситель из нескольких песковозов одновременно с высокой скоростью подачи. Конструктивно агрегат выполнен на отдельной платформе, перевозимой на специальном грузовике, либо в виде трейлера и включает: - ленточный транспортер или винтовые устройства для подачи песка; - силовую установку; - привод с редуктором; - направляющий желоб; - устройство для измерения частоты вращения конвейера.

СМЕСИТЕЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ Блендер – передвижной агрегат, предназначенный для предварительного приготовления технологических жидкостей в резервуарах и последующей их подачи через систему манифольда на прием насосных агрегатов. Система компьютерного управления позволяет обеспечить высокое качество смешивания жидкостей, проппанта и химикатов.

Блок управления блендера обеспечивает: - соблюдение заданного уровня жидкости в смесителе; - автоматический контроль подачи проппанта; - автоматический контроль подачи сухих и жидких химикатов. Контролируемые параметры: -давление на приеме и выкиде, параметры силовой установки. - расход сухих и жидких химикатов; - расход на приеме и выходе; - плотность смеси на выкиде; - расход проппанта.

БЛОК МАНИФОЛЬДА Блок манифольда имеет устройства для измерения давления. Линии низкого давления оборудованы 4-х дюймовыми задвижками. Линии высокого давления оборудованы 3-дюймовыми пробковыми кранами с червячным редуктором, обратными клапанами и электронным преобразователем давления. В комплект входят резинометаллические шланги для соединения с блендером и насосными агрегатами. Для соединения со скважиной применяется набор 3-дюймовых труб длиной от 1 м до 4 м и вертлюги. Максимальная длина линии – до 60 метров.

НАСОСНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ Рабочим органом агрегата является трехплунжерный насос, приводимый в действие через автоматическую трансмиссию силовой установкой. Для облегчения холодного пуска двигателя предусмотрены электроподогрев основных систем смазки, охлаждения и гидравлики, и эфирный запуск. Технические характеристики типичного насосного агрегата: - рабочее давление – 800 атм. при подаче 0,77 м З /мин. - макс. давление – 1050 атм. при подаче – 2,5 м З /мин. Агрегат оснащен системой дистанционного управления со станции контроля или выносного пульта. Оборудование имеет электронную систему защиты от превышения установленного давления.

ДОПОЛНИТЕЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ В качестве дополнительного оборудования используют устройства для измерения расхода жидкости гидроразрыва, устройства для измерения давления и измерения концентрации проппанта. Устройства для измерения расхода жидкости гидроразрыва: - турбинный расходомер; - счетчик ходов насоса; - тахометр на приводном валу; - магнитный расходомер; - массовый расходомер; - измерительная диафрагма.

Устройства для измерения давления: - таблицы или индикатор веса, гидравлический манометр; - электрический датчик давления/деформации для вывода цифровых данных по времени; - скважинные манометры. Устройства для измерения концентрации проппанта: - радиоактивный денситометр; - приспособления для измерения плотности.

РЫНОК ОБОРУДОВАНИЯ ГРП В РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Количество комплексов ГРП на территории РФ – более 80 Средняя стоимость комплекса ГРП – не менее 12 млн. долларов Суммарная стоимость комплексов ГРП – около 1 млрд. долларов Количество комплексов ГРП на территории РФ – более 80 Средняя стоимость комплекса ГРП – не менее 12 млн. долларов Суммарная стоимость комплексов ГРП – около 1 млрд. долларов Но в настоящее время в связи с вводом санкций, взято направление на импорт замещение, поэтому российское оборудование для гидроразрыва пласта разрабатывается на трех заводах

КОМПЛЕКС ГИДРАВЛИЧЕСКОГО РАЗРЫВА ПЛАСТА ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

СОСТАВ КОМПЛЕКСА ГРП В состав комплекса ГРП входит следующее основное оборудование: - одна станция контроля и управления СКУ-10; - четыре установки насосные УН-2250; - одна установка смесительная УС-10; - ёмкости угольные для рабочей жидкости; - бункер для проппанта или саморазгружающийся проппантовоз; - машина манифольдов типа ММ-105М с блоком манифольдов типа БМ-105.

1 – СКУ-10; 2 – УН-2250; 3 – УС-10; 4 – БМ-105; 5 – ММ-105; 6 – емкость для гелия; 7 – бункер для проппанта. СХЕМА РАЗМЕЩЕНИЯ КОМПЛЕКСА ГИДРОРАЗРЫВА ПЛАСТА

КОМПЛЕКС ГИДРАВЛИЧЕСКОГО РАЗРЫВА ПЛАСТА СИСТЕМА АВТОМАТИЗИРОВАННОГО УПРАВЛЕНИЯ И КОНТРОЛЯ Комплекс обеспечивает автоматизированное (компьютеризованное) управление процессом ГРП под наблюдением руководителя работ, технолога и оператора УН, находящихся в станции контроля и управления СКУ, а также визуальный контроль параметров ГРП на трех мониторах и пульте ОПУ станции СКУ и мониторе установки смесительной УС. В процессе проведения ГРП обеспечена возможность в любой момент времени корректировать параметры ГРП вручную, а также полностью перейти на ручное управление.

Элементы управления процессом ГРП и контроля за параметрами процесса ГРП, в том числе и визуального, объединены в единую систему автоматизированного управления и контроля САУК, включающую в себя: программное обеспечение системы; промышленные компьютеры ПК1 и ПК2 станции СКУ-10; три монитора станции СКУ-10; объединенный пульт управления установками насосными ОПУ станции СКУ-10; Принтер станции СКУ-10; промышленный компьютер ПК установки смесительной УС- 10; блок аппаратуры сопряжения БАС установки смесительной УС-10; пульт контроля и управления ПКУ с монитором и органами ручного управления установки смесительной УС-10.

СТАНЦИЯ КОНТРОЛЯ И УПРАВЛЕНИЯ СКУ-10

Станция контроля и управления СКУ-10, предназначена для автоматизированного управления установками насосными УН (УН) и установкой смесительной УС-10 (УС) в режиме гидроразрыва нефтяных и газовых пластов (ГРП) с поддержанием, заданных программой промышленного компьютера или оператором, расходов рабочей жидкости, сухих и жидких химических реагентов, концентрации проппанта, а также фиксации контролируемых параметров (прямых и расчетных), архивирования режимов и параметров работы Комплекса, а также регистрации режимов и параметров на бумажном носителе. Вид климатического исполнения «У1» ГОСТ

КОМПОНОВКА И ОБОРУДОВАНИЕ СКУ-10 Шкаф с вытяжной вентиляцией Стойка с компьютерным оборудованием Объединенный пульт управления УН Кондиционер Оператор УН Руководитель работ Супервайзер Технолог Химик-лаборант

КОМПОНОВКА И ОБОРУДОВАНИЕ СКУ-10 Дизель-генератор Катушки с кабелем Панель стыковочных разъемов

Обеспечивает автоматизацию контроля и диагностики процесса гидроразрыва пласта. Программное обеспечение российского производства, что делает его независимым от западных производителей, а именно обеспечивает информационную безопасность процесса. ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ СКУ-10

КОНТРОЛЬ И ДИАГНОСТИКА ПРОЦЕССА ГРП

ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ СКУ-10 ВВОД ИСХОДНЫХ ДАННЫХ ГРАФИЧЕСКОЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЕ ГРП ГЕНЕРАЦИЯ ОТЧЕТА При использовании программного обеспечения происходит:

УСТАНОВКА НАСОСНАЯ УН-2250

Установка насосная УН-2250 предназначена для закачки в скважину рабочей жидкости или смесей жидкостей с сыпучими компонентами, под давлением и с производительностью, обеспечивающими процесс гидроразрыва пласта, а также для осуществления гидравлического, гидропескоструйного или химического воздействия на призабойную зону скважины на нефтяных и газовых месторождениях. Вид климатического исполнения «У1» ГОСТ ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

УН обеспечивает следующие функции: -автоматизированную работу в режиме ГРП; -автоматическое переключение передач в трансмиссии без разрыва потока мощности и управление режимами работы газотурбинных двигателей (ГТД); -плавный диапазон регулирования с ОПУ в СКУ величины опрессовочного давления манифольдов и насосно-компрессорных труб, создаваемого УН в диапазоне от 0 до 85 Мпа; -плавный диапазон регулирования производительности УН с ОПУ в СКУ в диапазоне от 0 до 2,5 м 3 /мин; -автоматическое поддержание постоянной величины производительности (вне зависимости от изменения давления, создаваемого скважиной) по команде с ОПУ в СКУ; -автоматический встроенный контроль состояния узлов и систем УН; -прекращение подачи рабочей жидкости в скважину при срабатывании защиты от превышения максимально допустимого давления на скважине без остановки ГТД.

РАБОЧЕЕ ОБОРУДОВАНИЕ НАСОСНОЙ УСТАНОВКИ УН Бак топливный Газотурбинные двигатели ГТД-1250 Насос НТП-2250 Автоматическая трансмиссия Бак системы смазки приводной части насоса НТП-2250 Привод управления двигателями

РАБОЧЕЕ ОБОРУДОВАНИЕ НАСОСНОЙ УСТАНОВКИ УН Муфта Баллоны воздушной системы Аппаратура запуска двигателей Аккумуляторные батареи Система смазки уплотнений плунжеров

ПАНЕЛЬ ДИСТАНЦИОННОГО УПРАВЛЕНИЯ УН-2250 Оперативный контроль систем Переключение технологических режимов Автоматическое поддержание заданного расхода Автоматическая защита от превышения давления Контроль рабочих параметров Переключение режимов управления

ПЛУНЖЕРНЫЙ НАСОС НТП-2250 Максимальная мощность л.с.

УСТАНОВКА СМЕСИТЕЛЬНАЯ УС-10

Установка Смесительная предназначена для приготовления рабочих жидкостей и смесей в составе мобильных комплексов для гидравлического разрыва пласта и подачи жидкостей и смесей к УН при осуществлении гидравлического воздействия на призабойную зону скважины на нефтяных месторождениях. Установка Смесительная обеспечивает: - автоматическую работу в режимах приготовления жидкостей, смесей и ГРП; - приготовление рабочих жидкостей и смесей с использованием гуаровой муки, активаторов, загустителей, стабилизаторов глин, деэмульгаторов, сшивателей, сыпучих химреагентов, деструкторов, проппантов; - регулируемую подачу жидких химических реагентов при приготовлении рабочих жидкостей и подаче жидкостей и смесей к УН в процессе ГРП; - регулируемую подачу в процессе проведения ГРП деструктора и проппанта в приёмный бункер смесителя.

КОМПОНОВКА И ОБОРУДОВАНИЕ УС-10 Дизельный привод Баки жидких добавок Смеситель Механизм подачи проппанта Всасывающий насос Дозировочные насосы Расходомеры жидких добавок

КОМПОНОВКА И ОБОРУДОВАНИЕ УС-10 Механизм ввода сухих добавок Нагнетательный насос Электромагнитный расходомер Турбинный расходомер Измеритель плотности

СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ УС-10 Система управления работой УС обеспечивает в автоматическом режиме: -запланированный во времени расход рабочих жидкостей (смесей) в процессе их приготовления и проведения ГРП; -запланированный во времени расход жидких добавок в процессе приготовления жидкостей и смесей и при их подаче на УН; -запланированный во времени ввод сухих добавок (деструкторов) в жидкости и смеси при проведении ГРП; -запланированную во времени концентрацию проппанта в смеси при проведении ГРП; -обработку информации контрольно-измерительных приборов и передачу данных в СКУ. В случае необходимости, оператор может оперативно включить ручной режим управления на пульте контроля и управления, расположенном в кабине УС.

ПУЛЬТ КОНТРОЛЯ И УПРАВЛЕНИЯ УС-10 Контроль гидросистемы Отображение рабочих параметров Панель управления двигателем ЯМЗ Управление затворами Управление электрооборудованием УС Переключатель режимов управления Ручное управление рабочим оборудованием

ИНТЕРФЕЙС ПРОГРАММЫ УПРАВЛЕНИЯ УС-10

Оборудование предназначено для вовлечения в разработку трудноизвлекаемых запасов углеводородов и повышения эффективности их добычи. Обеспечивает: - транспортирование и доставку технологического оборудования, обеспечивающего процесс гидроразрыва пласта на нефтяных и газовых промыслах, по дорогам от I до V категорий; - подготовку и временное хранение жидких и сыпучих расходных материалов; - приготовление рабочих жидкостей и смесей; ЗАКЛЮЧЕНИЕ

- закачку в скважину рабочей жидкости или смесей жидкостей с сыпучими компонентами, под давлением и с производительностью, обеспечивающими процесс гидроразрыва пласта, а также для осуществления гидравлического, гидропескоструйного или химического воздействия на призабойную зону скважины на нефтяных и газовых месторождениях; - документирование и наглядное отображение протекания процессов приготовления рабочих жидкостей и смесей и их закачку в призабойную зону скважины; - выполнения других технологических процессов на нефтяных и газовых месторождениях.

Наибольший эффект от проведения ГРП может быть достигнут при внедрении комплексного подхода к проектированию и выбора рационального оборудования для проведения гидравлического разрыва пласта как элемента системы разработки с учетом разнообразных факторов, таких как проводимость пласта, система расстановки скважин, энергетический потенциал пласта, механика трещины, характеристики жидкости разрыва и проппанта, технологические и экономические ограничения.

Спасибо за внимание!