Гидравлический разрыв пласта

18.04.2021


Гидроразрыв пласта (ГРП, англ. Hydraulic fracturing, fracking) — один из самых эффективных методов нефтеотдачи и интенсификации притока жидкости и газа к скважинам. Метод заключается в создании высокопроводимой трещины в целевом пласте для обеспечения притока добываемого флюида (газ, вода, конденсат, нефть либо их смесь) к забою скважины.

После проведения ГРП дебит скважины, как правило, резко возрастает. Метод позволяет «оживить» простаивающие скважины, на которых добыча нефти или газа традиционными способами уже невозможна или малорентабельна. Кроме того, в настоящее время метод применяется для разработки новых нефтяных пластов, извлечение нефти из которых традиционными способами нерентабельно ввиду низких получаемых дебитов. Также применяется для добычи сланцевого газа и газа уплотненных песчаников.

Обычно на проведении ГРП и других методов интенсификации нефтедобычи специализируются сервисные нефтяные компании.

Технология

Технология осуществления ГРП при добыче нефти включает в себя закачку в скважину с помощью мощных насосных станций жидкости разрыва (гель, в некоторых случаях вода, либо кислота при кислотных ГРП) при давлениях выше давления разрыва нефтеносного пласта. Для поддержания трещины в открытом состоянии, как правило, в осадочных горных породах (ОГП) используется расклинивающий агент — проппант, в карбонатных — кислота, которая разъедает стенки созданной трещины. Однако и в карбонатных коллекторах может быть использован проппант.

При добыче нетрадиционного газа ГРП позволяет соединить поры плотных пород и обеспечить возможность высвобождения природного газа. Во время проведения гидроразрыва в скважину закачивается специальная смесь. Обычно она на 99 % состоит из воды и песка (либо пропанта), и лишь на 1 % — из химических реагентов. Состав химических веществ открыт. Среди них, например, гелирующий агент, как правило, природного происхождения, например гуаровая камедь (более 50 % от состава химреагентов), ингибитор коррозии (только при кислотных ГРП), понизители трения, стабилизаторы глин, химическое соединение, сшивающее линейные полимеры, ингибитор образования отложений, деэмульгатор, разжижитель, биоцид (химреагент для уничтожения бактерий), загуститель.

В виду сложности физики и недоступности прямому наблюдению процесса развития трещины гидроразрыва пласта для оценки технологических параметров при проведении ГРП и геометрических размеров созданной трещины применяют специализированное программное обеспечение — симуляторы гидроразрыва пласта.

Для того, чтобы не допустить утечки жидкости для ГРП из скважины в почву или подземные воды, крупные сервисные компании применяют различные способы изоляции пластов, такие как многоколонные конструкции скважин и использование сверхпрочных материалов в процессе цементирования.

Угроза здоровью

Химические вещества, используемые при ГРП, попадают в питьевую воду, и это приводит к повышению вероятности ряда заболеваний у живущих рядом людей. В исследовании на мышах беременных самок поили загрязнённой водой, что привело к серьёзному ухудшению иммунитета у потомства.

Проблематика

Возможны ситуации, при которых гидроразрыв пласта приводит к ожидаемому результату (увеличению дебита скважины), однако вместе с этим происходит поступление в скважину не только нефти, но и сопутствующих вод (например при непредвиденном нарушении герметичности близлежащего коллектора с водой), что приводит к скачку уровня обводнённости скважины и может свести на нет положительный эффект метода.

История

Проведение первого в мире ГРП приписывается компании Halliburton, выполнившей его в США в 1947 году. В качестве жидкости разрыва в тот момент использовалась техническая вода, в качестве расклинивающего агента — речной песок. Позже ГРП применялся и в СССР; теоретической основы метода разработали советские учёные Христианович С. А. и Желтов Ю. П. (1953 год), их исследования оказали значительное влияние на развитие метода ГРП в мире.

Впервые в мире гидроразрыв угольного пласта (для добычи метана из угольных пластов) был произведён в 1954 году в Донбассе.

ГРП используют также при разработке нетрадиционных месторождений: для добычи газа уплотненных песчаников, а также сланцевого газа и легкой нефти из низкопроницаемых пород (многостадийный ГРП в протяжённых горизонтальных скважинах).

Сегодня метод ГРП довольно часто применяется как государственными, так и частными добывающими компаниями в качестве метода интенсификации добычи нефти и газа.

Использование ГРП в России

Частные нефтяные компании «ЮКОС» и «Сибнефть» использовали на своих месторождениях метод ГРП. Ряд журналистов и экспертов тогда утверждали, что этот метод добычи нефти является варварским и приводит к разграблению месторождений. Аналогичные критические утверждения делал президент «Роснефти» Сергей Богданчиков.

В то же время и «Роснефть» широко применяла метод ГРП: по состоянию на 2009—2010 год «Роснефть» была в числе крупнейших клиентов нефтесервисной компании Schlumberger, специализирующейся на проведении гидроразрывов. В начале ноября 2006 на Приобском нефтяном месторождении, эксплуатируемом ООО «РН-Юганскнефтегаз» (дочернее предприятие государственной компании «Роснефть», получившей контроль над основным активом «ЮКОСа» — «Юганскнефтегазом»), при участии специалистов компании Newco Well Service был произведён крупнейший в России гидроразрыв нефтяного пласта. В пласт было закачано 864 тонны расклинивающего агента (пропанта). Операция велась семь часов и транслировалась в прямом эфире через интернет в офис «Юганскнефтегаза». В настоящее время в компании «Роснефть» делается более 2 тысяч операций по ГРП в год, абсолютное большинство новых скважин вводится в действие при помощи этого метода.

В 2016 году "Газпром нефть" впервые в России провела сначала 18-стадийный, а затем и 30-стадийный гидроразрыв пласта на горизонтальных скважинах Южно-Приобского месторождения) в ХМАО.

Критика в фильмах и других искусствах

Низкобюджетный фильм «Газовая страна» (англ. Gasland) Джоша Фокса, заявленный как независимое документальное исследование (несмотря на вероятное финансирование Газпромом и сокрытие некоторых фактов, опровергающих обвинения фильма), освещает целый ряд экологических проблем, связанных с использованием гидроразрыва пласта. По мнению создателя фильма, гидравлический разрыв пласта привёл к появлению в воде из артезианской скважины метана и множества примесей, вредных для человека, включая бензол, толуол, этилбензол и ксилолы. Для каждой операции гидроразрыва пласта используется от 80 до 300 тонн химикатов. Как описывается в фильме, в местах, где используется ГРП, вода становится непригодна для питья, люди чаще болеют, у животных выпадает шерсть, ухудшается качество воздуха.

Вскоре после выхода «Газовой страны» организация Energy in Depthу, лоббирующая интересы нефтяных и газовых компаний, выступила с критикой фильма. Авторы фильма, в свою очередь, опубликовали детальный ответ на критику Energy in Depthу . Группа нефтяных и газовых компаний Independent Petroleum Association of America также выступила с критикой «Газовой страны» и выпустила собственный фильм, «Страна правды» (англ. Truthland). В фильме «Страна правды» героиня из Пенсильвании рассказывает о своем путешествии по месторождениям газа, где используется технология ГРП, и общается с экологами, чиновниками, местными жителями и приходит к выводу, что утверждения, приведенные в фильме «Gasland», не отвечают действительности.

Запреты на применение гидроразрыва и их отмена

В июле 2011 года парламент Франции принял закон, запрещающий применение технологии гидравлического разрыва геологических пластов на территории страны. В октябре 2013 года Конституционный совет Франции в решении по иску американской фирмы Schuepbach Energy LLC постановил, что закон о запрете применения технологии гидроразрыва пласта от 13 июля 2011 года не противоречит конституции страны..

Применение ГРП при разведке природного газа из сланцевых пород было запрещено парламентом Болгарии в январе 2012 года.

В сентябре 2013 года правительство Нидерландов ввело временный запрет на применение технологии гидроразрыва пласта для добычи газа. В декабре 2014 года правительство Марка Рютте приняло резолюцию о продлении запрета на использование технологии гидроразрыва в Нидерландах до 2016 года.

В США власти штатов Вермонт (2012 год) и Нью-Йорк (декабрь 2014 года) запретили проводить добычу газа методом гидроразрыва пласта на своей территории.

В 2014 году Великобритания отменила запрет на добычу сланцевого газа методом гидроразрыва пласта, введённый после двух небольших землетрясений в 2011 году рядом с Блэкпулом, вызванных добычей сланцевого газа. Аналогичное решение приняли власти ЮАР в сентябре 2012 года.