1. 43№11 • ноябрь 2010
НЕФТЕГАЗОВЫЕ
Т Е Х Н О Л О Г И И
World Oil: СЛАНЦЫ
Операторы, осуществляющие разведку на нали-
чие запасов природного газа в продуктивных слан-
цах, улучшили заканчивание скважин при помощи
контроля влияния геохимического взаимодействия
между породой и жидкостью разрыва. Улучшенный
контроль образования геохимических осадков, отло-
жения парафина, влияния микробов на биогеохими-
ческое взаимодействие и высокой солености помог
сохранить связь со скважиной и снизил возможность
образования сероводорода.
Геохимический контроль также помогает опера-
торам приспособиться к притоку воды, которая мо-
жет затем использоваться в операциях гидроразрыва,
минимизируя риски разрушения пласта в результате
выпадения геохимических осадков. Значительного
снижения расходов на жидкости разрыва можно дос-
тичь, используя приток воды и сократив расходы на
доставку пресной воды и ее закачку в скважину.
ПРЕДПОСЫЛКИ
Гидроразрыв сланцевых пластов требует исполь-
зования больших объемов неуплотняемых флюидов
(воды) для создания эффективной комплексной по-
верхности разрыва. В процессе обратного потока боль-
шие объемы флюидов должны быть под контролем, что-
бы минимизировать образование газа. Первоначально,
на первом этапе гидроразрыва в воду добавляются
химические вещества, чтобы снизить трение в про-
цессе распределения проппантов (обычно с достаточ-
но высокой скоростью и давлением, составляющими
80–100 брл/мин и 7000–10 000 psi). Главная цель этой
операции заключается в долговременном обеспече-
нии траектории, по которой газ может постоянно пос-
тупать в скважину и, затем, в транспортную колонну.
К сожалению, обычно в скважинах, пробуренных на
сланцевые горизонты, добыча постепенно снижается
в соответствии с логистической кривой снижения.
Наряду с закачиваемыми компонентами жидкости
разрыва вступают в непосредственный контакт с породой
в процессе обработки и после их выхода на поверхность
содержат большое количество различных примесей, та-
ких как соли. Эти примеси могут сделать процессе очист-
ки загрязненной воды достаточно сложным и дорогим, и
могут повлиять на затруднение потока газа по транспорт-
ной колонне и, соответственно, повлиять на снижение
добычи и даже замедлить образование трещин.
Потенциально опасные вещества, которые могут
попасть в забой вместе с жидкостями разрыва, вклю-
чают:
• растворимые соли;
• ионы металлов, включая железо, барий, стронций,
кальций и магний;
• растворимые карбонаты, такие как кальцит, до-
ломит и кислоторастворимые утяжелители;
• растворимые сульфаты, включая гипс, ангидриты
и другие;
• микробы, образующиеся парафином или газом;
• высокий уровень анионов, включая карбонаты,
бикарбонаты, сульфаты и хлориды.
Все эти вещества не могут быть удалены без специ-
альной очистки всех зон, с которыми контактировали
жидкости разрыва. Кроме того, после использования
жидкости разрыва должны быть очищены или отправ-
лены на закачку в скважины.
Преимущественный альтернативный метод контро-
ля подачи жидкостей разрыва заключается в повтор-
ном их использовании без дорогостоящей обработки –
процедуры, которая не потребует существенного ана-
лиза, подготовки геохимической модели, а только ми-
нимальной очистки. Лишь часть жидкости (10–70 %),
но весь объем жидкости разрыва, которая закачи-
вается в скважину для обработки, возвращается на
поверхность до того, как скважина соединяется с
транспортным трубопроводом. Для последующей об-
работки потребуется лишь небольшой объем пресной
воды [1].
БОРЬБА С ВЫСОКОЙ СОЛЕНОСТЬЮ
Вода, закачиваемая в больших объемах с неболь-
шой концентрацией песка, очень эффективна для
обработки сланцевых пластов. Идеальная присадка,
добавляемая в закачиваемую воду состоит из жидкой
полимерной эмульсии, которая является устойчивым
к засолению понизителем трения (salt-tolerant friction
reducer – STFR), разработанным специально для сов-
местимости со специфической сланцевой литологи-
ей. Использование с рассолами с добавлением NaCl
в объеме 2–12 % вполне осуществимо [2, 3]. Устой-
чивость к засолению позволяет быстро использовать
жидкости разрыва с высокой концентрацией соли, что
обеспечит контроль других геохимических свойств.
ГЕОХИМИЧЕСКИЕ И БИОГЕОХИМИЧЕСКИЕ
СВОЙСТВА
Эти виды геохимических веществ (карбонаты, суль-
фаты и составы на основе железа) являются основным
предметом беспокойства операторов. В процессе за-
канчивания скважин жидкости разрыва, после об-
работки имеют высокое содержание ионов, которые
могут замедлить добычу. Без контроля эта геохимиче-
ЭФФЕКТИВНОСТЬ
ГЕОХИМИЧЕСКИХ ТЕХНОЛОГИЙ
M. Blauch, Superior Well Services
Контроль влияния геохимического взаимодействия между сланцами и жидкостью разрыва помогло
операторам сохранить взаимодействие пласта со скважиной
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

2. 44
НЕФТЕГАЗОВЫЕ
Т Е Х Н О Л О Г И И№11 • ноябрь 2010
World Oil: СЛАНЦЫ
ская среда может стать причиной образования осад-
ка внутри образованных трещин и их накопления в
перфорированных стволах, трубах и на поверхности
оборудования. Предотвращение образования осадка
потребует тщательного анализа воды после обработки,
чтобы идентифицировать и оценить геохимический
потенциал. Методы эффективной очистки включают
следующее:
• на основании геохимического анализа, исполь-
зование соответствующей селекции и дозировки
состава контроля, который не разработан для не-
гативного влияния рН жидкости и использования
понизителя трения (friction reducer – FR);.
• в случае необходимости провести корректировку
состава воды для предотвращения возникновения
проблем.
Идеальную очистку следует проводить во всех слу-
чаях проведения обработки в соответствии со стандар-
тами National Pollutant Discharge Elimination System
(NPDES). Кроме того, следует соблюдать стандарты
токсичности воды, если потребуется.
Добавление правильного сочетания ингибиторов в
процессе очистки поможет предотвратить образова-
ние некоторых геохимических депозитов путем крис-
таллической модификации. Полиакриловая кислота
правильного молекулярного веса может предотвратить
отложение на поверхности сланцев кальция, бария или
стронция.
Контроль железа, который будет обсуждаться
ниже, является важным компонентом решения, так
как присутствие железа влияет на снижение эффек-
тивности обычных ингибиторов; предотвращение об-
разования осадка на основе железа является важной
отраслевой проблемой.
Сульфатредуцирующие и железометаболизирую-
щие бактерии играют важную роль в образовании гео-
химического осадка. Чтобы предотвратить влияние
скважинных сульфатредуцирующих и спорообра-
зующих бактерий необходимо разработать методы
контроля. Активные на 20 % жидкие бромированные
пропионамиды, обычно называемые DBNPA, являют-
ся эффективным выбором для управления образова-
нием биогеохимического осадка. DBNPA действуют
в присутствии углеводородов, начиная сразу уби-
вать бактерии и дезактивировать систему в течение
одного часа. Одним из преимуществ DBNPA являет-
ся короткий жизненный цикл в окружающей среде.
DBNPA считается одним из наиболее безопасных био-
цидов и распадается на безобидные компоненты –
бромины, азот и воду. Не образующий пену биоцид
является эффективным в борьбе, как с аэробными,
так и с анаэробными микроорганизмами. Это водо-
растворимые, легко смешиваемые и разбавляемые
составы, зарегистрированные Агентством США по
охране окружающей среды (US Environmental Protec-
tion Agency – ЕРА). На DBNPA не влияет ни жесткая
вода, ни соль.
КОНТРОЛЬ ЖЕЛЕЗА
Контроль содержания железа необходим для
химической корректировки содержания железа в
жидкости разрыва и предотвращении образования
геохимического осадка. Агенты, контролирующие
содержание железа, ингибируют железо в нераство-
римые частицы, которые могут снизить проводимость
трещин и добычу [1]. Состав должен обеспечивать
адекватный контроль железа при низкой дозировке
и без снижения рН системы. Химические присадки
должны действовать совместно с присадками контро-
ля осадка, предотвращая образования осадка слож-
ных геохимических веществ, образовавшихся после
гидроразрыва.
Традиционно составы, снижающие содержание
железа и хелатные агенты состоят из кислот, та-
ких как ацетатная и этилендиаминтетрауксусная
(ethylenediaminetetraacetic – EDTA) кислоты, которые
поддерживают содержание железа в пласте в раство-
римой форме. Этот метод контроля железа применяет-
ся непосредственно, особенно тогда, когда проводятся
операции по нейтрализации кислоты и контроля желе-
за и других металлов, кислоты или очистители также
снижают рН жидкостей разрыва и, соответственно
ослабляют влияние FR и других химических реакций.
Чтобы предотвратить это воздействие и обеспечить
максимальную добычу и средства контроля осадка и
биоциды необходимо разработать альтернативные
присадки контроля железа.
ГЕОХИМИЧЕСКАЯ
СТИМУЛЯЦИЯ
Чтобы прогнозировать тенденцию отложения ши-
рокого диапазона геохимического осадка, необходима
геохимическая стимуляция. Геохимическая стимуля-
ция отражает свойства геохимического осадка, такого
как сульфат бария или карбонат железа. Этот процесс
используется для определения степени защиты при
проведении химического контроля.
ПРИМЕРЫ АНАЛИЗА ВОДЫ
История проблемы иллюстрирует проведение ана-
лиза воды перед обработкой жидкостями разрыва.
Случай 1. оператор получает 15 тыс. брл поступаю-
щей после обработки воды, что составляет примерно
40 % всего объема обработки [4]. В процессе анализа
исследуются 19 образцов. Таблица, приведенная ниже,
содержит результаты исследования пяти образцов
флюидов после проведения обработки.
Анализ показывает, что объем растворимых твер-
дых веществ увеличивается, а рН и щелочность сни-
жается. Кальций и натрий являются преобладающими
катионами. Как показывает коэффициент насыщен-
ности Langelier (LSI) наибольшая вероятность обра-
зования осадка происходит тогда, когда обратный
поток составляет 10–30 %. Двухвалентные катионы,
включая кальций, магний и стронций, значительно
увеличиваются на первом этапе, как только вода по-
падает в скважину. Снижение сульфата на последних
этапах показывает, что ионы сульфата ограничены и
его снижение может стать доказательством образова-
ния осадка сульфатов. Растворимость сульфата бария
низкая с возможным образованием агрессивного гео-
химического осадка. Содержание железа увеличи-
вается на последних этапах обработки, обеспечивая
контроль.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

3. 45№11 • ноябрь 2010
НЕФТЕГАЗОВЫЕ
Т Е Х Н О Л О Г И И
World Oil: СЛАНЦЫ
На основании анализа разработка состава жидко-
сти разрыва необходима для получения следующих
результатов:
• ингибиторы осадка разрабатываются с учетом
нескольких свойств сульфатов и карбонатов;
• агенты контроля железа разрабатываются с уче-
том возможности контроля карбоната железа;
• биоциды разрабатываются для предотвращения
ряда рисков.
Анализ воды после обработки (случай 1)
Примеси Объем воды, брл
500 2500 6000 11000 15000
Анионы
Р-щелочность, мг/л (CaCO3
) 0 0 0 0 0
М-щелочность, мг/л (CaCO3
) 580 560 360 260 160
Хлориды, мг/л (Cl–
) 2000 5800 16 400 53000 104 000
Сульфаты, мг/л (SO4
2–
) 1115 910 588 57 24
Катионы
Натрий, мг/л (Na1+
) 714 1470 2671 9062 12 830
Калий, мг/л (K1+
) 27 40 105 381 544
Кальций, мг/л (Ca2+
) 240 536 1960 6840 9720
Магний, мг/л (Mg2+
) 44 73 171 341 805
Суммарная жесткость, мг/л
(CaCO3
)
780 1640 5600 18500 27 600
Барий, мг/л (Ba2+
) 0,4 0,5 2,1 7,3 70,2
Стронций, мг/л (Sr2+
) 16,5 48,4 211 995 1837
Железо, мг/л (Fe) 1,8 0,8 0,4 0,6 3,3
Всего железо, мг/л (Fe) 42 27 38 157 78
Смешанные вещества
рН 7,25 8,31 8,54 6,27 5,88
Всего суспендированных твердых
веществ, мг/л
90 20 201 123 502
Особая плотность, г/мл 1,001 1,016 1,026 1,071 1,087
Проводимость, Ω 7160 16 800 37 800 12 3000 173 200
∆ АТР (микробиологические
примеси) относительно флюидов
5 6 3 1 1
Концентрация
микробиологических примесей
низкая низкая низкая низкая низкая
Коэффициент LSI 1,02 2,37 2,94 1,02 0,55
Степень образования осадка
высо-
кая
высо-
кая
высо-
кая
сред-
няя
высокая
Степень образования осадка
сульфата кальция
+ + + + +
Случай 2. Операторы Хейнесвилл Шейл исполь-
зовали пресную воду для смешивания с жидкостями
разрыва в газовых скважинах. Вода подвергается ана-
лизу и пропускается по контуру, чтобы оценить ее сов-
местимость с STRF. Поступающая обратно вода также
подвергается анализу и геохимической стимуляции,
чтобы определить склонность геохимического осадка
и необходимость контроля геохимического осадка при
моделировании траектории трещин.
Результаты трех таких тестов показали, что STRF
совместимы с выбранными ПАВ и другими присад-
ками. STRF показали, что распространение трещин
происходит быстрее и эффективнее при увеличе-
нии FR.
Используемая вода должна иметь более низкую
щелочность, жесткость, и содержание железа и хло-
ридов, однако геохимический контроль должен осно-
вываться на моделировании потока воды в скважине.
Геохимический анализ образцов воды показал тенден-
цию образования осадка.
С точки зрения проведенного анализа жидкости
разрыва должны включать биоциды, ингибиторы осад-
ка и агенты контроля железа, а также устойчивые к
засолению понизители трения.
Перевел Г. Кочетков
Список литературы
1. Houston, N. et. al., «Fracture-stimulation in the Marcellus Shale: Lessons
learned in fluid selection and execution», SPE 125987 presented at the SPE
Eastern Regional Meeting, Charleston, W. V., Sept. 23 – 25, 2009.
2. Reese, R. R. and P. Rey, «Method of fracturing subterranean formations uti-
lizing emulsions comprising acrylamide Copolymers», US Patent №. 7482310
B1, Jan. 27, 2009.
3. Gulf Publishing Company, «Superior Well Services, Inc. wins the ‘Best drill-
ing, Completions & Production Fluids Award’ for its EFR-38 slickwater System»,
press release, Oct. 16, 2009.
4. Blauch, M. E., Myers, R. R., Moore, T. R. and B. A. Lipinski, «Marcellus Shale
post-frac flowback waters: Where is all the salt coming from and what are the
implications»? SPE 125740 presented at the SPE Eastern Regional Meeting,
Sept. 23–25, 2009.
M. Blauch (М. Блауч) руководитель Produced Development at Superior Well
Services. Г-н Blauch более 25 лет проработал в отрасли, включая 16-летний
опыт работы с нетрадиционными запасами, включая газоносные сланцы и
метан из угольных пластов. Г-н Blauch имеет степень бакалавра от Juniata
College, полученную в 1982 г. и степень магистра от University of Arkon.
НОВОСТИ О КОМПАНИЯХ
Компания StatoilHydro, пробурив
скважину 6407/2-5S на структуре нона,
блок 6407/2 в Норвежском море, сде-
лала открытие запасов углеводородов.
Согласно оценкам, представленным
StatoilHydro, извлекаемые запасы
составляют 13–31 млн брл нефти и
35–71 млрд фут3
газа. Скважина, про-
буренная до отметки 10 791 фут, рас-
положена в 6 милях к юго-востоку от
месторождения Асгард, глубина моря в
точке бурения составляет 820 фут.
Компания BG Nord, основываясь на
результатах бурения трех оценочных
скважин, выполненного на месторожде-
нии Брим, блок 17/12, расположенном
в норвежском секторе Северного моря,
предполагает, что извлекаемые запасы
углеводородов составляют здесь от 38 до
63 млн брл в нефтяном эквиваленте. Ме-
сторождение Брим находится в 30 милях
к северо-западу от месторождения Юм,
глубина моря равна здесь 361 фут. Доля
BG Nord составляет 40 %, а участвующие
в разведке месторождения компаний-
партнеров – Premier Oil Nordge, Skeie
Energy и Spring Energy Exploration –
имеют равные доли (по 20 %).
Основываясь на результатах успеш-
ного бурения оценочной скважины
(входящей в лицензию PL094) на бло-
ке 6506/12 в Северном море, компания
StatoilHydro предполагает, что объем
доказанных запасов углеводородов,
открытого ею ранее месторождении
Сморбук, составляет от 15 до 25 млн брл
в нефтяном эквиваленте. Вскрытый
скважиной продуктивный пласт нахо-
дится на продолжении структуры Ас-
гард и приурочен к юрским-меловым
пластам-коллекторам. StatoilHydro при-
надлежит в проекте 100 % активов.
Компания Pan Orient Energy, пробу-
рив наземную скважину BR-1RDST1 Bo
Rang-AвсевернойчастиТаиланда,откры-
ла запасы углеводородов. При испытании
скважины был получен приток нефти
дебитом 686 брл/сут и 3,29 млн фут3
/сут
газа из пород коллекторов, имеющих
вулканическое происхождение, залегаю-
щих на глубине 2175 фут и мощностью по
простиранию 1100 фут. Доля участия Pan
Orient составляет 60 %, а доля компании-
партнера Carnarvon – 40 %.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»