Проппанты для ГРП: новые материалы или проверенная классика?
На сегодняшний день проппанты можно назвать одним из главных расходных материалов отрасли. По мере того как растёт количество стадий гидроразрыва пласта (ГРП), увеличивается и потребление расклинивающих материалов: на одну скважину уходят тысячи тонн проппанта.
Сейчас для этих целей используют кварцевый песок и керамические материалы. Однако в последнее время всё чаще можно услышать о новых облегчённых или, как их ещё называют, ультралёгких проппантах. Что это: заря новой эры или маркетинговые уловки?
Готовы ли к свершениям российские производители проппантов?
Проппанты предотвращают закрытие открытой трещины при сбросе давления и в то же самое время образуют канал для свободного прохождения углеводородов. По мере увеличения доли трудноизвлекаемых запасов нефти будет увеличиваться и количество операций ГРП, а соответственно, и рынок расклинивающих агентов. Впрочем, если говорить о российских реалиях, то в ближайшие годы резкого подъёма не ожидается.
«Сейчас объём рынка — около 2 млн тонн в год, и в ближайшие 2-3 года существенного роста не будет. Есть ряд ограничений: дорогая логистика, количество флотов ГРП, неосвоенные месторождения на Севере и в Восточной Сибири», — комментирует положение дел начальник отдела продаж проппантов АО «Боровичский комбинат огнеупоров» Алексей Тимофеев.
Впрочем, 2 млн тонн — и так серьёзная цифра. Готовы ли российские производители обеспечить нефтяные компании необходимыми объёмами? Алексей Тимофеев, уверен, что да. По его словам, и без того дорогая импортная продукция в последние годы ещё больше выросла в цене из-за сложностей с логистикой. Впрочем, по этому вопросу есть и другие, менее оптимистичные точки зрения.
«Низкая цена на проппанты, прежде всего алюмосиликатные, в 2019–2021 гг. сдерживала развитие производителей. Понятно, что в тяжёлые времена надо экономить, но это так «понравилось», что теперь экономим на всём. Заказчики не готовы вкладываться, в результате отрасль пошла по пути снижения технических требований, например, по геометрии. Не считаю, что это правильно. И если завтра что-то поменяется, то по щелчку пальцев дополнительные объёмы не обеспечишь», — считает генеральный директор ООО «РСС Технолоджи» Дмитрий Борисов.
В этих условиях самое время задуматься об инновациях, в том числе и новых материалах для расклинивающих агентов.
Облегчённые проппанты (Ultra-light weight proppant, ULW proppant) в основном делятся на три категории в зависимости от сырья производства: ULW-1 (органические полимеры); ULW-2 (угловатые частицы); ULW-3 (пористая керамика).
В первую группу входят термообработанные нанополимерные микросферы, нанокомпозитные полимерные микросферы и термопластичные алюминиевые сплавы. К их достоинствам относят низкую плотность, отличные показатели кислотоустойчивости, сферичности и округлости. Недостатки: склонность к деформации гранул и ограничения к рабочим давлениям.
Вторая группа представляет собой угловатые частицы, например ореховую скорлупу, которые для большей прочности пропитывают смолой.
Третья группа представляет собой пористые частицы, которые имеют сферичность и округлость, схожие с обычными керамическими проппантами. Недостатком является то, что этот тип проппанта проявляет тенденцию к образованию мелких частиц, способствующих закупорке открытых пор.
Традиционные материалы: песок и керамика
Существуют разные расклинивающие материалы и несколько вариантов их классификации. Коллектив авторов во главе с руководителем центра компетенций по развитию технологий ГРП в «Газпромнефть НТЦ» Артёмом Чураковым в своей статье «Облегчённые проппанты — перспективы
и опыт применения» предлагает классифицировать проппанты в зависимости от используемого сырья по трём основным категориям: «кварцевые окатанные пески, пески с полимерным покрытием, а также спечённые и/или плавленые синтетические керамические материалы».
В свою очередь, авторы отчёта «Рынок проппантов: глобальный отраслевой анализ и прогноз (2023–2029)» из консалтингового агентства Maximize Market Research отмечают, что в качестве расклинивающих материалов в нефтегазовой отрасли используют песок, проппанты, покрытые смолой, и керамические проппанты. Наибольшую долю рынка занимает песок: в 2022 году его доля составляла 83%, отмечают аналитики агентства.
С тем, что «отрасль разворачивается к кварцевому песку», согласен и Дмитрий Борисов.
Наибольшей популярностью он пользуется в родине ГРП — США. Однако эксперт убеждён, что просто скопировать заокеанский опыт не получится.
«В США совершенно другие глубины, плюс у них есть уникальные белые пески. В России таких материалов нет, а добыча идёт на значительно больших глубинах», — отметил в своём выступлении на форуме TNF Дмитрий Борисов.
Здесь большое значение приобретает низкая прочность кварцевого песка и его абразивность. К тому же глава «РСС Технолоджи» полагает, что в России попросту нет производств, адаптированных именно к нуждам нефтегазовой отрасли.
«Сейчас это формовочные пески из сталелитейной отрасли, а это совершенно иные ГОСТы, там нет выделенной фракции. У этих производителей нет нужного оборудования, и они технически не могут обеспечивать чистоту фракции 90% под заданные размеры», — считает г-н Борисов.
Эффективнее, но в то же время и дороже, чем песок, оказываются керамические проппанты. Однако, как говорится, нет предела совершенству.
«Такие проппанты обладают плотностью средней или выше средней, что в, свою очередь, означает высокую скорость осаждения. В определённых условиях это может снижать эффект от ГРП», — отмечает коллектив авторов из «Газпромнефть НТЦ».
«Количество стадий в ГРП постоянно увеличивается, что требует закачки всё большего и большего объёма. И здесь мы получаем техническое ограничение, потому что керамические проппанты — это материалы высокой плотности, и мощности флота уже не хватает, чтобы закачивать всё большие и большие объёмы», — добавляет Дмитрий Борисов.
Низкая насыпная плотность открывает новые возможности
На рынке в последние годы появились альтернативы в виде облегчённых расклинивающих материалов. Как пишут специалисты «Газпромнефть НТЦ», под ними понимают продукт, насыпная плотность которого составляет < 1,4 г/см3, а кажущаяся ≈ 2,5 г/см3 и менее. Для сравнения: у среднепрочных керамических проппантов эти показатели составляют ≈ 1,6–1,8 и ≈ 2,8–3,1 г/см3. Как отмечают авторы статьи, подобные свойства обеспечивают сразу несколько преимуществ.
«Применение облегчённых проппантов способствует более медленной скорости осаждения частиц за счёт меньшей плотности и, соответственно, массы, что даёт преимущество при формировании трещины ГРП в процессе длительного её смыкания… при той же массе закачиваемого облегчённого проппанта на основном ГРП, что и стандартного проппанта (среднепрочная керамика), объём закреплённой проппантом трещины будет большим», — читаем в статье «Облегчённые проппанты — перспективы и опыт применения».
Это открывает новые направления по оптимизации закачки, развивают мысль специалисты «Газпромнефть НТЦ»:
- повышение продуктивности с закачкой той же массы проппанта, что и при стандартной обработке (повышение объёма закреплённой трещины);
- снижение стоимости работы за счёт сокращения массы закачиваемого облегчённого проппанта с сохранением того же объёма закреплённой трещины, что и при стандартной работе (без потери продуктивности скважины).
Кроме этого, низкая скорость осаждения частиц при использовании облегчённых проппантов делает возможным использование новых жидкостей ГРП с линейной вязкостью. В первую очередь речь идёт о полиакрилатных системах.
Полимерно-покрытые проппанты — панацея для отрасли?
На российском рынке можно найти новые расклинивающие агенты, например, стоит обратить внимание на полимерно-покрытые проппанты. По словам Дмитрия Борисова, такие материалы дают весомые преимущества при закачке:
- требуемый объём крепления трещины достигается меньшим тоннажем проппантов;
- снижаются потери на трение за счёт свойств полимерного покрытия;
- становится возможным использование низковязких гелей для транспортировки проппанта в трещину;
- операции ГРП проводятся с высокой скоростью, что обеспечивает эффективное развитие трещины и её равномерное заполнение.
Кроме того, уже при освоении скважин после проведения ГРП полимерное покрытие обеспечивает высокий коэффициент восстановления проницаемости после воздействия жидкости и снижение стартового выноса проппанта за счёт более высоких консолидационных свойств такого покрытия в проппантной пачке.
«При тех же мощностях ГРП закачивается больший объём жидкости с «лёгким» проппантом. Низкая плотность расклинивающего агента и снижение сопротивления при закачке (за счёт меньшего коэффициента трения полимерного покрытия) позволяет разместить большее количество проппанта и тем самым увеличить зону дренирования», — резюмирует Дмитрий Борисов.
Производством полимерно-покрытых проппантов занимаются и в ПАО «СИБУР». Там также отмечают преимущества новых материалов.
«В обычных условиях жидкость ГРП должна быть загущена, чтобы ничего не оседало. Но полимер в три раза легче, чем керамика, и это даёт свои преимущества. Если загустителя нет, то мы получаем сильное снижение себестоимости жидкости для гидроразрыва», — отметил в своём выступлении на Татарстанском нефтегазохимическом форуме руководитель продуктового развития ПАО «СИБУР» Евгений Степанов.
Среди других достоинств ПСС-проппанта он называет: снижение количества материалов, равномерное распределение расклинивающего агента по всей высоте трещины, увеличение зоны дренирования в комбинации с низковязкими жидкостями, низкую степень кольматации (загрязнения призабойной зоны) продуктивного пласта, низкое трение потока и, как следствие, уменьшение износа для насосно-компрессорных труб и наземного оборудования, прочностные характеристики.
А что на практике?
Выслушивая доводы производителей ПСС-проппантов, можно подумать, что отрасль получила панацею. Однако практика показывает, что новые материалы не везде оправдывают выданные авансы.
«Мы тестировали новые материалы, в том числе кварцевый проппант с полимерным покрытием, в нашей лаборатории. Они нам не подходят по многим причинам, в том числе связанным с геологическими особенностями. Здесь я так и не услышал о таких ключевых вещах, как проводимость проппанта, которая связана с такими параметрами, как сферичность и округлость. Хорошо известно, что снижение сферичности на 10% даёт снижение проводимости в 20–30 раз.
Традиционные материалы при прочих равных условиях показывают от 30 до 40 раз лучший результат по итогам нашего моделирования. Мы активно ищем лучшие варианты, но альтернативы «керамике» на сегодняшний день нет», — выступил на панельной сессии форума TNF 2023 «Ультралёгкие проппанты, новые химреагенты, жидкости ГРП. Импортозамещение и вызовы» представитель «НОВАТЭК НТЦ» Пётр Алексеев.
В свою очередь, Алексей Тимофеев, также отметил, что перспектив на рынке у ультралёгких проппантов он не видит. Технический прогресс, по его словам, будет развиваться в рамках использования традиционных материалов. При этом интересные решения есть, но существуют проблемы с их внедрением.
«Все эти процессы уже отработаны в США, они известны и сервисным компаниям, и операторам. Опять же, всё упирается в логистику и в количество флотов ГРП, а если точнее, то в их мощность. Сравните: в США объём рынка проппантов больше 100 млн в год, а у нас пока только 2 млн тонн», — уточняет г-н Тимофеев.
Впрочем, есть и обратные примеры, когда облегчённые проппанты хорошо зарекомендовали себя.
«Обзор мирового опыта использования облегчённых проппантов показывает наибольшее его применение в США. Одним из примеров является статистика выполненных работ на 500 скважинах с использованием полимерного облегчённого проппанта компании Baker Hughes.
Совокупная добыча этих скважин в формации Marcellus и бассейне Woodford превзошла ожидания», — читаем в статье «Облегчённые проппанты — перспективы и опыт применения в ГРП».
На территории РФ доля облегчённых проппантов составляет лишь 0,5–0,7% от годового закачиваемого объёма, отмечали в 2022 году специалисты «Газпромнефть НТЦ». Однако опыт их использования есть у «Роснефти», «ЛУКОЙЛа», «Газпром нефти».
«Итоги опытных работ, выполненных на месторождениях «Газпром нефти» («Газпромнефть-Ноябрьскнефтегаза»), показал, что применение ULW-проппанта при определённых геологических условиях позволяет выполнять операции ГРП с меньшей массой расклинивающего агента без потери продуктивности добывающих скважин, тем самым раскрывая перспективы для широкого промышленного применения данных материалов», — пишет коллектив авторов из структур «Газпром нефти».
Спрос есть…
Весомым аргументом в пользу перспектив облегчённых проппантов является наличие спроса. Добывающие компании действительно находятся в поисках новых решений, способных повысить эффективность ГРП, особенно на зрелых месторождениях, и оптимальной технологии для разработки низкопроницаемых коллекторов.
«Мы снова и снова возвращаемся к вопросам оптимизации ГРП: повышению проводимости проппантной толщи, снижению кольматации поверхности трещин, минимизации рисков неоптимального размещения проппанта. В некоторых случаях стандартный ГРП либо вообще не даёт никакого результата, либо обладает низкой эффективностью.
При стандартном подходе мы вынуждены ограничиваться, уменьшать тоннаж. В результате получаем очень краткосрочный эффект стимуляции, эти скважины очень быстро теряют свою продуктивность. Если же мы реализуем опции по новым проппантам, низковязким чистым жидкостям ГРП, нам станут доступны для реализации объекты, где сейчас преобладает малотоннажный ГРП. То есть запрос от заказчика существует.
Ультралёгкие проппанты — несомненно, перспективная тема, которая связана со снижением полимерной, кальматирующей нагрузки на пласт», — отметил в своём выступлении на форуме TNF руководитель направления ООО «Газпромнефть НТЦ» Руслан Гайнетдинов.
Ждут новых расклинивающих материалов и сервисные компании. При этом у них свои требования к «идеальному» проппанту.
«Для меня, как операционщика, важно закачать безопасно и эффективно, а потом уже думать, какую прибыль получит нефтяная компания. Поэтому если закачивать дешёвый песок, то все сервисники сразу встанут на дыбы. Надо двигаться не в сторону послабления требований, а наоборот, повышать качество.
Мне кажется, надо подойти с другой стороны: создать идеальный проппант, который удовлетворял бы недропользователя в части сферичности, и покрыть его синтетикой. Это будет действительно прорывная технология. А, когда мы все тянем в разные стороны, никогда не добьёмся эффекта, ни финансового, ни какого-либо другого. Пока же мы идём путём наращивания мощностей, а не повышения эффективности», — отметил на панельной сессии в Тюмени Михаил Сиртланов из ООО «Петро Велт Технолоджис».
Выбор того или иного типа расклинивающего материала зависит от ряда факторов, в том числе давления и глубины скважины. Специалисты ПАО «СИБУР» предлагают следующую классификацию:
- 6000 psi (414 атм) и глубина
до 3000 метров: возможно применение простых и полимерно-покрытых песков; - до 9000 psi (620 атм) и глубина до 4500 метров: возможно применение «керамики» средней прочности
и полимерно-покрытых песков; - более 9000 psi (620 атм) и глубина больше 4500 метров: возможно использование только высокопрочной керамики.
… ждём предложения?
Пока «идеальный» проппант не создан, компании продолжают поиски. И здесь приходится учитывать ряд важных факторов. В том числе и цену.
«Конечно, у полимерно-покрытого проппанта есть свои недостатки, так, он сильно дороже керамики в перерасчёте на тонну», — признаёт Евгений Степанов.
Тем не менее Руслан Гайнетдинов полагает, что такие проекты всё же могут рентабельными, особенно там, где есть риск прорыва воды и вообще встаёт вопрос, вводить ли новые кусты.
«С лёгким проппантом можно качать на меньшем расходе. Предварительные результаты моделирования показывают возможность четырёхкратного увеличения (уменьшения) массы проппанта, если проппант будет обладать плотностью 1,1», — рассказал участникам панельной сессии в Тюмени представитель «Газпромнефть НТЦ».
Кроме того, использование полимеров накладывает свои требования на забойную температуру и давление. И здесь подходят не каждые пластовые условия. Неслучайно за рубежом «данные расклинивающие агенты по своим характеристикам (в первую очередь по проводимости) предназначены для неглубоких скважин с низкими давлениями закрытия. В связи с этим можно отметить, что технологии облегченных проппантов за пределами России — это в большей степени нишевая область, которая не может заменить традиционные расклинивающие агенты», — пишут авторы статьи «Облегчённые проппанты — перспективы и опыт применения».
В РФ уже успела сложиться своя специфика.
«Ориентируясь на потребности российского рынка, отечественные производители стараются разработать ULW-проппанты, свойства которых по устойчивости к давлениям закрытия и проводимости/проницаемости сопоставимы с классическими расклинивающими агентами — керамическими среднепрочными проппантами. <…>
Это стремление обусловлено в основном тем, что для большинства объектов, на которых выполняется ГРП, характерны значительные давления смыкания, а применяемый в настоящее время керамический проппант имеет высокие проводящие характеристики, способствующие достижению запланированных дебитов скважин», — читаем в том же источнике.
Другими словами, в России облегчённые проппанты расценивают не как нишевый продукт, а как универсальное решение, способное заменить керамические проппанты. Понятно, что соответствовать большому количеству требований намного сложнее, чем быть лучше всех по одному или нескольким параметрам. Отсюда и некое разочарование у некоторых участников рынка от новых материалов. Но не были ли ожидания изначально завышенными?
Пока облегчённые проппанты очень далеки от того, чтобы заменить традиционные материалы. Однако интерес добывающих и сервисных компаний говорит, что перспективы у этого направления всё же есть. И, как знать, возможно, их звезда ещё загорится на российском рынке.
К слову
Динамика потребления проппантов напрямую зависит от количества операций ГРП. Свой прогноз на Татарстанском нефтегазохимическом форуме представило ПАО «СИБУР». В 2023 году в России провели 9656 операций многостадийного ГРП (МГРП) и 4376 — одиночного ГРП (ОГРП), всего 14 032. В рамках нейтрального сценария ожидается, что в 2030 году будет проведено 16 393 операций по гидроразрыву пласта. В том числе 8505 МГРП и 7888 ОГРП.
Алексей Тимофеев, начальник отдела продаж проппантов АО «Боровичский комбинат огнеупоров»
«Считаю, что серьёзного роста на российском рынке проппантов в ближайшие годы не будет. По ряду причин, среди которых можно выделить логистику. Конечно, расходы на транспортировку разнятся: одно дело везти проппант в Пыть-Ях или Нижневартовск, совсем другое — в Иркутск или в Сабетту на Ямал. Плюс доступность месторождений.
Та же «Конданефть», хоть это и Западная Сибирь, но груз надо сначала везти по железной дороге, а потом по реке. На «Газпромнефть-Хантос» тоже сложная доставка, так как в Ханты-Мансийске нет железной дороги. Конечно, сумма на доставку прибавляется к цене на проппант на складе у производителя».
Текст: Андрей Халбашкеев
