Андрей Ковалёв,
Институт энергетики Высшей школы экономики
AKovalev@energy-hse.com
de Ferron et al. [*: Antoine de Ferron, Christian La Borderie, Franck Rey-Berbeder, Olivier Maurel, Thierry Reess, and Wen Chen. Electrohydraulic Fracturing of Rocks. Wiley, 2016] описывают состояние работ по электрогидравлическому разрыву пласта, проводимым с 2007 в Total Exploration Production, University of Pau, Institute of Civil and Mechanical Engineering at Centrale Nantes. Общая заявленная цель работ — снижение стоимости гидроразрыва при сравнимом повышении дебита скважины. Заявленный механизм реализации – получение плотного массива сообщающихся микротрещин вместо ограниченного числа крупных, характерных для традиционного гидроразрыва. Работы включали экспериментальные исследования и компьютерное моделирование. По утверждению авторов, полевых испытаний не проводилось. В результате работ был показан полезный эффект электрогидравлического разрыва. При этом были выявлены ограничения, связанные с масштабом зоны повреждения по причине затухания волн давления, индуцированных электроразрядом.
Мотивацией для исследований послужили запреты на традиционный гидроразрыв, введённые в ряде европейских стран, которые при этом оказались заинтересованы в создании альтернативных методов повышения производительности добычи углеводородов из низкопроницаемых формаций. Базовый принцип, лежащий в основе электрогидравлического разрыва, — динамическое нагружение коллектора, в отличие от статической нагрузки, создаваемой при гидроразрыве. При динамической нагрузке, по заявлению авторов, в хрупких материалах создаются условия для концентрации механической энергии в малых объемах, что приводит к появлению плотной сети микротрещин. В данном случае источником таких нагрузок является электроразряд (pulsed arc electrohydraulic discharge, PAEDs) в скважинной жидкости. За счёт разряда создаётся скачок давления амплитудой в несколько сотен МПа и длительностью около 100 мксек. Эксперименты на цементных образцах и образцах из песчаника диаметром 100 мм и длиной 125 мм подтвердили дробящее и компрессионное действие волны, создаваемой PAED. Однако экспериментальная установка представляла жесткий контейнер, заполненый водой, в которую был помещён образец. По этой причине механика процесса в полевых условиях будет отличаться от лабораторных работ. Эксперименты показали наличие порогового значения амплитуды волны, свыше которого проявляется остаточное воздействие на образец. Также показано, что повторные импульсы обладают кумулятивным действием по отношению к остаточной проницаемости вплоть до появления макроскопических повреждений.
Вместе с тем, наличие порогового значения означает, что в скважинных условиях повторные импульсы будут воздействовать в значительной части на тот же ограниченный объём прискважинной зоны коллектора. Так что повторные импульсы не решают проблемы затухания волн при удалении от источника. Напротив, местные макроскопические повреждения могут приводить к потенциальному нарушению целостности скважины.
Лабораторные эксперименты на песчанике показали рост проницаемостями с 10^-18 кв. м до 3*10^-15 кв. м при разряде в 15 КДж. Однако эти результаты могут в реальности описывать только ближнюю прискважинную зону.
Численное моделирование, проведенное авторами, показывает распространение фронта импульса. Например, для разряда в 600 Дж в центре разрядного промежутка имеет место пиковое давление порядка 660 МПа. При отклонении всего несколько сантиметров давление падает до порогового значения ниже 100 МПа в приближении сферической волны см. рис. [Fig. 2.6 в *].
Давление во фронте волны на различных расстояниях от разрядного промежутка. Source – de Ferron et al. (2016)
Также вызывает вопросы фиксация трещин, создаваемых при описываемой динамической нагрузке, после её снятия. Если для гидроразрыва это задача решается за счет проппанта, то устойчивость трещин, создаваемых при динамической нагрузке, требует пояснений.
Показанные результаты свидетельствуют, что так-называемый электрогидроразрыв пока не может служить альтернативой традиционным видам гидроразрыва. Это не означает, что метод не может применяться в принципе. Например, описанные механизмы могут использоваться для повышения проницаемости прискважинной зоны коллектора. Это может решать проблему повреждения этой области при образовании внутренней глинистой корки, когда формируется скин-слой с высокими гидравлическими сопротивлениями.
В случае генерации сферической волны достигаемая мощность может потенциально позволить обеспечить надпороговое воздействие на расстоянии до 2-3 метров от скважины. Большие глубины проникновения потребуют генерации волны с плоским фронтом. По оценкам авторов приближение к плоскому фронту может удвоить глубину проникновения. Ещё 20-30% роста глубины можно ожидать за счёт профилирования фронта волны.
В итоге, даже с учётом потенциальных путей оптимизации рассматриваемый тип гидроразрыва остаётся пока ограниченным в пространственном отношении. В дополнение к этим ограничениям в реальных коллекторах, в отличие от лабораторных условий, возможно проявление дополнительных эффектов, ослабляющих полезное действие, например дисперсия, разрушающая профиль фронта, отражение волны от естественных неоднородностей коллектора и т.д.
Updates on energy technology 