Сверхлегкий композитный проппант

Вот что скажу сразу: когда слышишь ?сверхлегкий композитный проппант?, первая мысль — это же панацея для низкопроницаемых пластов, особенно в сложных геологических условиях. Но на практике... не всё так однозначно. Многие операторы до сих пор считают, что главное — это низкая плотность, а всё остальное приложится. Это, пожалуй, самый распространённый и дорогостоящий миф. На деле, если материал не выдерживает закрывающего давления или начинает разрушаться от химического воздействия, вся экономия на транспортировке и закачке идёт прахом. У нас был случай на одном месторождении в Западной Сибири — закупили партию такого проппанта, вроде бы по паспорту всё идеально: и насыпная плотность меньше 1.0 г/см3, и прочность на сжатие. А в пласте — температура под 120°C и высокоминерализованная пластовая вода. Через полгода продуктивность упала на 40%, когда сделали повторный анализ керна — увидели, что частицы просто ?расползлись?, потеряли структуру. Вот тогда и пришлось серьёзно разбираться, что же на самом деле значит ?композитный? в условиях реальной скважины, а не лабораторного стенда.

Что скрывается за ?композитностью? и почему это не просто смесь

Когда мы начали глубже изучать этот вопрос для наших проектов, стало ясно, что термин ?композитный? часто используют как модное слово. По сути, это не просто смесь полимерной смолы и какого-нибудь наполнителя вроде стеклянных микросфер. Ключевое — это именно синергия компонентов, их взаимное усиление. Основа, каркас, должен обеспечивать механическую целостность, а оболочка или включённая фаза — задавать те самые ?сверхлёгкие? свойства и химическую стойкость. Если связь между фазами слабая, под нагрузкой происходит расслоение, и частица коллапсирует. Мы тестировали образцы от разных поставщиков, и разница была колоссальной. У некоторых при циклическом нагружении уже на 20-м цикле появлялись трещины, у других — выдерживали сотни циклов без существенной деформации. Всё упиралось в технологию отверждения и подбор сырья.

Здесь стоит сделать отступление про наш опыт с ООО Тунчуань Хэншэн Технологии и Материалы. Мы обратились к ним не сразу, а после нескольких неудачных проб. Их сайт https://www.tchskjcl.ru позиционирует компанию как производителя высокопрочного проппанта для ГРП, что, честно говоря, настораживало — при чём тут сверхлёгкие композиты? Но в техзадании мы чётко прописали требования по стойкости к солеаггрессивным средам, и они предложили нестандартное решение — именно композит на полимерной основе с керамическим микроармированием. Не классический керамический проппант, а именно гибрид. Это был интересный подход, который они, судя по всему, отрабатывали для конкретных условий.

Их ключевой продукцией является высокопрочный проппант, но, как выяснилось, у них была опытно-промышленная линия по таким специализированным композитам. Для нас это было важно, потому что нужен был не массовый продукт, а материал под конкретные задачи. В их лаборатории мы увидели, как они тестируют адгезию между компонентами композита — это был не формальный тест на прочность, а именно анализ границы раздела фаз под микроскопом после термохимического воздействия. Такая детальная проработка внушала определённое доверие. Хотя, конечно, лаборатория — это одно, а скважина — совсем другое.

Полевые испытания: теория встречается с геологией

Решились на пробную закачку на участке с низким пластовым давлением и высокой карбонатностью породы. Задача была — создать устойчивую высокопроводимую трещину без использования чрезмерно вязких гелей, которые могли забить поры. Сверхлегкий композитный проппант здесь выглядел логичным выбором из-за хорошей транспортируемости. Но сразу же возникла первая практическая проблема — калибровка. Фракция была 20/40, но часть партии имела неоднородную сферичность. В потоке это приводило к образованию ?пробок? на этапе закачки. Пришлось на ходу корректировать программу ГРП, добавлять больше жидкости-носителя. Это был первый звонок: даже идеальный по составу материал может быть испорчен неидеальной геометрией частиц.

Второй момент — поведение в трещине. После проведения работ и выхода скважины на режим мы около года мониторили дебит и периодически делали гидродинамические исследования. Первые три месяца всё шло по оптимистичному прогнозу. А потом кривая падения дебита стала резче, чем ожидалось. Возникло подозрение на разрушение проппанта или его миграцию. Когда позже, при бурении бокового ствола, получили керн, пересекающий старую трещину, картина прояснилась. Сам композитный проппант в основном сохранил целостность, но в местах контакта с карбонатными породами под действием пластовой температуры и давления произошла незначительная деформация — он как бы ?вмялся? в стенку трещины, уменьшив её раскрытость. Это был не критический сценарий, но он снижал эффект.

Вывод из этого был таким: материал должен быть не просто прочным и лёгким, а иметь определённый модуль упругости, сопоставимый с упругостью породы-коллектора. Или, наоборот, значительно её превышать, чтобы не деформироваться. В паспорте на продукт таких данных, как правило, нет. Их приходится запрашивать отдельно или определять самостоятельно. В случае с Тунчуань Хэншэн у них были эти данные по модулю Юнга для их композита, что, безусловно, было плюсом.

Химическая стойкость: невидимый фронт работ

Это, пожалуй, самый коварный аспект. Пластовые флюиды — это сложный коктейль из солей, углеводородов, иногда сероводорода и кислот. Полимерная составляющая в композите может вести себя непредсказуемо. Мы проводили собственные тесты, помещая образцы в автоклавы с модельной пластовой водой и нагревая до 90°C. Некоторые образцы других марок за месяц теряли до 15% массы — шло медленное растворение связующего. У того материала, что мы в итоге использовали (не без доработок по нашему ТЗ), потери были в пределах 3-5%, что считалось приемлемым.

Но тут есть нюанс. Потеря массы — это одно. А изменение поверхностных свойств — совсем другое. Частица может не раствориться, но её поверхность станет гидрофобной или, наоборот, начнёт активно сорбировать асфальтены. Это может привести к слипанию частиц в трещине и резкому падению проводимости. Мы такого не наблюдали, но у коллег на другом месторождении была похожая история. Они связывали это именно с несовместимостью химии проппанта и состава пластовой нефти. Поэтому теперь мы всегда настаиваем на расширенных тестах на химическую совместимость, а не только на стандартных по ГОСТ или ISO.

Интересно, что на сайте tchskjcl.ru в описании продукции компании ООО Тунчуань Хэншэн Технологии и Материалы акцент сделан на механическую прочность. И это правильно, потому что это база. Но для сверхлёгких композитов химический аспект выходит на первый план. В ходе переговоров они предоставили протоколы испытаний на стойкость в солевых растворах, что стало для нас решающим аргументом. Хотя, повторюсь, лабораторные условия — это не пласт.

Экономика и логистика: где кроется реальная выгода

Изначальный посыл использования сверхлегкого композитного проппанта — снижение затрат. Меньшая плотность — меньше затрат на транспортировку, меньше нагрузки на насосное оборудование, возможность использовать менее вязкие жидкости-носители. На бумаге экономия выглядит впечатляюще. Но когда начинаешь считать всё в комплексе, картина меняется. Во-первых, сам материал дороже традиционного керамического или песчаного проппанта. Иногда в разы. Во-вторых, требуются более точные и часто более дорогие добавки для его стабилизации в суспензии.

Окупается это только в том случае, если удаётся существенно увеличить проводимость трещины и, как следствие, начальный дебит и конечный коэффициент извлечения нефти (КИН). В нашем пилотном проекте мы вышли на окупаемость дополнительных затрат примерно за 8 месяцев за счёт более высокого начального дебита и медленнее падающей кривой. Но это был успешный сценарий. На другой скважине, где геология оказалась сложнее (больше глинистых прослоев), эффект был минимальным, и окупаемость затянулась. Риски велики.

С логистикой тоже не всё просто. Материал очень чувствителен к влажности. Одна партия, которую неправильно хранили на складе перед отправкой, пришла со следами слёживания. Пришлось организовывать сушку и просеивание прямо на кустовой площадке. Это сорвало график работ и добавило расходов. Теперь в контракты мы жёстко прописываем условия упаковки (вакуумная упаковка в биг-бэги с влагопоглотителем) и транспортировки.

Взгляд вперёд: куда движется разработка

Сейчас вижу тенденцию к ещё большей специализации. Уже недостаточно просто сказать ?сверхлёгкий композит?. Нужно указывать: для карбонатных коллекторов с высоким содержанием H2S, для терригенных пород с низкой температурой, для вторичного ГРП и так далее. Разработчики материалов, в том числе и такие компании, как ООО Тунчуань Хэншэн Технологии и Материалы, понемногу движутся в этом направлении, предлагая не просто продукт, а решение под конкретную задачу. Это правильно.

Ещё одно перспективное направление — ?умные? композиты, способные менять некоторые свойства в ответ на изменение условий в пласте. Например, расширяться при определённой температуре, чтобы лучше закрепиться в трещине. Пока это больше лабораторные исследования, но первые образцы уже тестируются. Если это удастся масштабировать без огромного роста стоимости, это может стать следующим шагом.

Что касается нашего опыта, то мы не отказались от идеи использования таких проппантов. Но подход стал гораздо более осторожным и детальным. Теперь это всегда пилот на одной-двух скважинах с максимально полным мониторингом, включая отбор керна из зоны трещины при первой же возможности. И жёсткий аудит поставщика, не только по документам, но и по посещению производственных линий. Как показала практика, даже у компании с фокусом на высокопрочный проппант могут быть интересные наработки в смежной нише, если есть понимание физики процесса и готовность к совместной работе над проблемой. Главное — не гнаться за модным словом ?сверхлёгкий?, а чётко понимать, какие именно свойства материала нужны для победы над конкретным пластом.