Stymulacja odwiertu pozwala na zwiększenie dopływu węglowodorów ze złoża do odwiertu. W produkcji ropy naftowej i gazu wykorzystuje się różne techniki stymulacji w zależności od właściwości złoża.
Na tradycyjnych polach naftowych, gdzie formacja skalna jest porowata, węglowodory swobodnie przepływają z naturalnych zbiorników do odwiertu w celu wydobycia. Gdy podłoże skalne jest bardziej nieprzepuszczalne, jak ma to miejsce w przypadku drobnoziarnistych, ale kruchych łupków, szczelinowanie hydrauliczne jest sposobem na stymulację odwiertu w celu uzyskania większej wydajności.
Proces rozpoczyna się od wiercenia pionowego. Mniej więcej w połowie docelowej formacji łupkowej wiertło zakrzywia się (w punkcie startu) i rozpoczyna wiercenie w skale poziomo (w punkcie lądowania). Po usunięciu przewodu wiertniczego, włożeniu i zacementowaniu obudowy, pistolet perforujący tworzy otwory w warstwach łupków i w ścianie skalnej - przygotowując drogę do szczelinowania hydraulicznego. Proces ten polega na wysyłaniu mieszaniny wody, piasku i chemikaliów pod bardzo wysokim ciśnieniem przez perforacje w celu pęknięcia łupków, co następnie umożliwia przepływ ropy naftowej i gazu ziemnego do obudowy wydobywczej.
Szczelinowanie hydrauliczne wymaga użycia specjalistycznych maszyn do mieszania i wstrzykiwania płynu szczelinującego głęboko pod ziemię. Te elementy wyposażenia współpracują ze sobą i obejmują:
Przetworniki ciśnienia i manometry, czujniki temperatury i przetworniki siły odgrywają ważną rolę w prawidłowym funkcjonowaniu i sterowaniu tymi maszynami przemysłowymi.
Po tym, jak pistolet perforujący przebije otwory w formacji, nadchodzi czas na pęknięcie skały łupkowej i utworzenie szczelin, które umożliwią przepływ ropy naftowej i gazu ziemnego do odwiertu. Sprzęt do szczelinowania - zamontowany na ciężarówce, przyczepie lub płozie dla łatwej mobilności - obejmuje pompy wysokociśnieniowe, które przesyłają ciecz z końca płynu w dół szybu i do perforacji. Silnik wysokoprężny o dużej mocy z układem chłodzenia i wytrzymałą przekładnią zapewnia moc dla pompy triplex lub quintuplex, której ciśnienie zapobiega również cofaniu się płynu szczelinującego do odwiertu.
Specjalistyczne przetworniki ciśnienia zawierające wytrzymałe elementy pomiarowe są przeznaczone do pomiaru płynów szczelinujących, które są korozyjne, ścierne i pod bardzo wysokim ciśnieniem. Ponadto przyrządy te muszą być odporne na trudne warunki pracy, w tym ekstremalne warunki pogodowe, wysokie wibracje i silne pulsacje pompy.
Płyn używany do szczelinowania hydraulicznego jest mieszany na miejscu w zależności od specyficznych warunków każdego odwiertu i pożądanego rodzaju szczelinowania. Jednostki mieszające do szczelinowania są centrami kontrolnymi do otrzymywania odpowiednich ilości uwodnionego płynu z jednostki hydratacyjnej, proppantu (zwykle piasku, piasku poddanego obróbce lub materiału ceramicznego) w celu utrzymania pękniętych szczelin w stanie otwartym oraz dodatków chemicznych w celu zmniejszenia korozji, zahamowania rozwoju bakterii, utrzymania lepkości itp. Ten dostosowany do potrzeb płyn jest następnie przenoszony do ciężarówki szczelinującej z agregatami pompowymi w celu wtłoczenia go do odwiertu.
Ten system mieszania składa się ze zbiornika na piasek oraz podajników suchej i ciekłej chemii. Specjalistyczne przetworniki ciśnienia pomagają kontrolować i monitorować pompy ssące i tłoczące, a manometry na panelu sterowania pozwalają technikom łatwo nadzorować operacje. Przetworniki temperatury i kompaktowe termometry oporowe monitorują stan hydrauliki, silników i układów chłodzenia jednostki mieszania szczelinowania.
Szczelinowanie hydrauliczne wymaga cyrkulacji ogromnej ilości płynów - głównie wody, ale także chemikaliów i płuczki wiertniczej - do i z odwiertów. Zbiorniki szczelinowe to pojemne, ale mobilne zbiorniki przeznaczone do przechowywania ogromnych ilości płynów. Różnorodne czujniki poziomu mogą być używane w celu zapewnienia, że zbiornik szczelinowy pozostaje wystarczająco pełny, aby zapewnić wydajne operacje, ale nie jest tak pełny, że się przelewa.
Przy wyborze czujników poziomu do zbiorników szczelinowych należy wziąć pod uwagę wiele czynników, w tym
Czujniki pływakowe są powszechnie stosowane w zbiornikach szczelinowych ze względu na ich wysoką dokładność, łatwość instalacji i niskie koszty utrzymania. Zwykle montowane w górnej części zbiornika, czujniki pływakowe mają rurkę prowadzącą, która rozciąga się aż do dna. Wokół rurki znajduje się wydrążony pływak, który porusza się pionowo wzdłuż wału wraz z poziomem cieczy. Czujniki pływakowe występują w dwóch rodzajach:
Jeśli montaż na górze stanowi problem, należy użyć zanurzalnego czujnika ciśnienia do hydrostatycznego pomiaru poziomu. Ten wyspecjalizowany typ czujnika poziomu, umieszczony na dnie zbiornika, mierzy ciśnienie słupa cieczy (np. centymetrów wody), które jest następnie przeliczane na objętość cieczy. Gdy problemem są turbulencje lub szlam, przystawka taka jak LevelGuardTM zapewnia dodatkową trwałość i stabilność.
Jeśli ciecz jest zbyt turbulentna lub lepka dla zanurzalnego czujnika ciśnienia lub jeśli ciecz jest korozyjna lub w inny sposób niekompatybilna z czujnikiem, niezawodnym rozwiązaniem jest przeniesienie pomiaru poziomu z wnętrza zbiornika na zewnątrz. W tego typu pomiarach czujniki obciążenia - takie jak sworznie obciążeniowe, belki zginające lub belki ścinające - są montowane do konstrukcji wsporczej zbiornika w celu statycznego i dynamicznego ważenia cieczy; pomiary są następnie przekształcane w pomiar objętości.
Woda stanowi około 90 % płynu szczelinującego. Zanim jednak dotrze do mieszalnika szczelinującego, jest najpierw mieszany z pewnymi polimerami:
W mobilnej jednostce hydratacyjnej polimer - w postaci żelu lub proszku - jest łączony z wodą w celu wytworzenia związku o wyższej wydajności niż płyn nieżelowany. Proces ten wykorzystuje czujniki wagowe do dokładnego pomiaru masy gumy guar lub innego polimeru w zbiorniku przed jego uwodnieniem. Przetworniki ciśnienia pomagają kontrolować ciśnienie ssania i tłoczenia, podczas gdy manometry umożliwiają operatorom monitorowanie pomp napędzanych hydraulicznie.