Kazakhstan journal for oil & gas industryKazakhstan journal for oil & gas industry2707-42262957-806XKMG Engineering10877510.54859/kjogi108775Научная статьяПерспективы повышения эффективности гидроразрыва пласта с использованием высокотехнологичных проппантов на месторождениях Атырауского регионаБухарбаеваАйдана Нурлановнаa.bukharbayeva@kmge.kzhttps://orcid.org/0009-0001-3861-7888АсановКарим Балхашевичk.asanov@kmge.kzhttps://orcid.org/0009-0002-1005-6959БашевАдилбек Айткалиевичa.bashev@kmge.kzhttps://orcid.org/0009-0009-7050-7249ДжаксылыковТалгат Сайновичt.jaxylykov@kmge.kzhttps://orcid.org/0000-0002-1530-3974МардановАлтынбек Сүлейменұлыa.mardanov@kmge.kzhttps://orcid.org/0000-0002-8342-3046Атырауский филиал ТОО «КМГ Инжиниринг»151220246449672008202411122024Copyright © 2024, Бухарбаева А.Н., Асанов К.Б., Башев А.А., Джаксылыков Т.С., Марданов А.С.2024<p><strong>Обоснование.</strong> История проведения гидроразрыва пласта (далее – ГРП) на месторождениях Атырауского региона насчитывает более 20 лет, однако виды и функциональные характеристики проппанта, основного материала, используемого при ГРП, остаются неизменными. С учётом быстрого темпа технологического развития и растущей потребности в оптимизации процессов добычи, актуальность изучения новых видов проппантов становится очевидной. Возможность моделирования и адаптации высокотехнологичных проппантов под конкретные условия месторождений может стать ключом к увеличению эффективности ГРП и, как следствие, росту объёмов добычи углеводородов в Атырауском регионе.</p> <p><strong>Цель.</strong> В статье представлены последние достижения, мировые тенденции, опыт и лабораторные исследования, связанные с использованием инновационных проппантов, а также оценён потенциал применения облегчённых проппантов на месторождениях А и Б. Целью работы является изучение возможностей внедрения многофункциональных проппантов для оптимизации ГРП.</p> <p><strong>Материалы и методы.</strong> Для решения поставленной задачи была разработана модель геомеханических и фильтрационных характеристик пласта для месторождений А и Б с использованием специализированного программного обеспечения FracPro, а также выполнена симуляция дизайна ГРП с различными параметрами закачки. На основе результатов моделирования ГРП с применением облегчённых проппантов произведён расчёт показателей добычи нефти.</p> <p><strong>Результаты.</strong> Результаты моделирования демонстрируют экономическую целесообразность использования облегченных проппантов, о чём свидетельствует увеличение дополнительной добычи на месторождении А на 23,8%. Для месторождения Б прогнозируемый годовой объем добычи значительно превышает текущие показатели, что обеспечивает рост доходности в 4,5 раза.</p> <p><strong>Заключение.</strong> Многофункциональные проппанты обладают значительным потенциалом для повышения эффективности ГРП. Применение инновационных проппантов способствует улучшению контроля геометрии трещины, минимизируя риск прорыва в водонасыщенные зоны и увеличивая объем стимулируемой зоны, что позволяет оптимизировать добычу углеводородов.</p>hydraulic fracturinglightweight proppantfractionscoatingmodelingfractureқабатты сұйықтықпен жаружеңілдетілген проппантфракцияларжабынмодельдеужарықшақтаргидравлический разрыв пластаоблегчённый проппантфракциипокрытиемоделированиетрещина1.Smith M, Montgomery C. Hydraulic Fracturing. Boca Raton: CRC Press; 2015.2.Economides M, Oligney R, Valkó P. Unified Fracture Design. Alvin: Orsa Press; 2004.3.Kun A, Longchen D, Gao H, Guangliang J. Hydraulic Fracturing Treatment Optimization for Low Permeability Reservoirs Based on Unified Fracture Design. Energies. 2018;11(7):12–23. doi: 10.3390/en11071720.4.Al-Muntasheri G. A Critical Review of Hydraulic-Fracturing Fluids for Moderate to Ultralow-Permeability Formations Over the Last Decade. SPE Prod & Oper. 2014;29(04):243–260. doi: 10.2118/169552-PA.5.Danso DK, Negash BM, Ahmed TY, et al. Recent Advances in Multifunctional Proppant Technology and Increased Well Output with Micro and Nano Proppants. Journal of Petroleum Science and Engineering. 2021;196:108026. doi: 10.1016/j.petrol.2020.108026.6.Radwan A. A Multifunctional Coated Proppant: A Review of Over 30 Field Trials in Low Permeability Formations. SPE Annual Technical Conference and Exhibition; 2017 Oct 9–11; San Antonio, Texas, USA. Available from: https://onepetro.org/SPEATCE/proceedings-abstract/17ATCE/2-17ATCE/193346.7.Green J, Dewendt A, Terracina J, Abrams B. First Proppant Designed to Decrease Water Production. SPE Annual Technical Conference and Exhibition; 2018 Sept 24–26; Dallas, Texas, USA. Available from: https://onepetro.org/SPEATCE/proceedings-abstract/18ATCE/3-18ATCE/D032S061R003/214394.8.Dong K, He W, Wang M. Effect of surface wettability of ceramic proppant on oil flow performance in hydraulic fractures. Energy Science and Engineering. 2018;7(2):504–514. doi: 10.1002/ese3.297.9.Palisch T, Chapman M, Leasure J. Novel Proppant Surface Treatment Yields Enhanced Multiphase Flow Performance and Improved Hydraulic Fracture Clean-up. SPE Liquids-Rich Basins Conference; 2015 Sept 2–3; Midland, Texas, USA. Available from: https://onepetro.org/SPELRBC/proceedings-abstract/15LRBC/1-15LRBC/D012S009R003/184841.10.Bestaoui-Spurr N, Sun S, Williams V, et al. Using Properties in Nature to Modify Proppant Surfaces and Increase Flow. SPE International Conference on Oilfield ChemistryMontgomery; 2017 Apr 3–5; Montgomery, Texas, USA. Available from: https://onepetro.org/SPEOCC/proceedings-abstract/17OCC/2-17OCC/D021S007R005/195566.11.Bestaoui-Spurr N, Stanley D, Williams V, et al. Optimizing Proppant Surface Properties to Improve Formation Flow in Offshore Frac-Packs // Offshore Technology Conference; 2017 May 1–4; Houston, Texas, USA. Available from: https://onepetro.org/OTCONF/proceedings-abstract/17OTC/2-17OTC/D021S017R001/93802.12.Fan F, Li F-X, Tian S-C, et al. Hydrophobic epoxy resin coated proppants with ultra-high self-suspension ability and enhanced liquid conductivity. Petroleum Science. 2021;18(6):1753–1759. doi: 10.1016/j.petsci.2021.09.004.13.Saldungaray P, Palisch T, Leasure J. Can Proppants Do More Than Hold The Fracture Open? SPE Saudi Arabia Section Annual Technical Symposium and Exhibition; 2015 Apr 21–23; Al-Khobar, Saudi Arabia. Available from: https://onepetro.org/SPESATS/proceedings-abstract/15SATS/All-15SATS/SPE-177978-MS/196745.14.Gadekea LL, Smith HD. Trancerscan: A Spectroscopy Technique For Determining The Distribution Of Multiplte Radioactive Tracers In Downhole Operations. The Log Analysts. 1987;28(1).15.Duenckel RJ, Smith HD, Warren WA, Abram DG. Field Application of a New Proppant Detection Technology // SPE Annual Technical Conference and Exhibition; 2011 Oct 30 – Nov 2; Denver, Colorado, USA. Available from: https://onepetro.org/SPEATCE/proceedings-abstract/11ATCE/All-11ATCE/SPE-146744-MS/148522.16.Forno L, Latronico R, Saldungaray P, et al. Non-Radioactive Detectable Proppant First Applications in Algeria for Hydraulic Fracturing Treatments Optimization // SPE North Africa Technical Conference and Exhibition; 2015 Sept 14–16; Cairo, Egypt. Available from: https://onepetro.org/SPENATC/proceedings-abstract/15NATC/3-15NATC/D031S022R001/183604?redirectedFrom=PDF.17.Grae AD, Duenckel RJ, Nelson JR. Field Study Compares Fracture Diagnostic Technologies // SPE Hydraulic Fracturing Technology Conference; 2012 Feb 6–8; The Woodlands, Texas, USA. Available from: https://onepetro.org/SPEHFTC/proceedings-abstract/12HFTC/All-12HFTC/SPE-152169-MS/159703.18.Ortiz AC, Hryb DE, Martínez JR, Varela RA. Hydraulic Fracture Height Estimation in an Unconventional Vertical Well in the Vaca Muerta Formation Neuquen Basin, Argentina. SPE Hydraulic Fracturing Technology Conference; February 9–11, 2016; The Woodlands, Texas, USA. Available from: https://onepetro.org/SPEHFTC/proceedings-abstract/16HFTC/2-16HFTC/D021S006R006/187052.19.Liu J, Zhang F, Gardner RB, et al. A method to evaluate hydraulic fracture using proppant detection. Applied Radiation and Isotopes. 2015;105:139–143. doi: 10.1016/j.apradiso.2015.08.003.20.Yao S, Chang C, Hai K, et al. A review of experimental studies on the proppant settling in hydraulic fractures. Petroleum Science and Engineering. 2021;208(B):109211. doi: 10.1016/j.petrol.2021.109211.21.Churakov AV, Pichugin MN, Fayzulin IG, et al. Non-Guar Synthetic Hydraulic Fracturing Gels – Successful Concept of Choice. SPE Russian Petroleum Technology Conference; 2020 Oct 26–29; Virtual. Available from: https://onepetro.org/SPERPTC/proceedings-abstract/20RPTC/3-20RPTC/D033S010R005/450136?redirectedFrom=PDF.22.Mahoney RP, Soane D, Kincaid KP, et al. Self-Suspending Proppant. SPE Hydraulic Fracturing Technology Conference; 2013 Feb 4–6; Woodlands, Texas, USA. Available from: https://onepetro.org/SPEHFTC/proceedings-abstract/13HFTC/2-13HFTC/D021S005R007/173751?redirectedFrom=PDF.23.Goldstein B, VanZeeland A. Self-Suspending Proppant Transport Technology Increases Stimulated Reservoir Volume and Reduces Proppant Pack and Formation Damage. SPE Annual Technical Conference and Exhibition; 2015 Sept 28–30; Houston, Texas, USA. Available from: https://onepetro.org/SPEATCE/proceedings-abstract/15ATCE/1-15ATCE/180321.24.Cao W, Xie K, Lu X, et al. Self-suspending proppant manufacturing method and its property evaluation. Journal of Petroleum Science and Engineering. 2020;192:107251. doi: 10.1016/j.petrol.2020.107251.25.Isah A, Hiba M, Al-Azani K, et al. A comprehensive review of proppant transport in fractured reservoirs: Experimental, numerical, and field aspects. Journal of Natural Gas Science and Engineering. 2021;88:103832. doi: 10.1016/j.jngse.2021.103832.26.Brannon HD, Starks TR II. Maximizing Return on Fracturing Investment by Using Ultra-Lightweight Proppants to Optimize Effective Fracture Area: Can Less Really Deliver More? SPE Hydraulic Fracturing Technology Conference; 2009 Jan 19–21; Woodlands, Texas, USA. Available from: https://onepetro.org/SPEHFTC/proceedings-abstract/09HFTC/All-09HFTC/SPE-119385-MS/147598?redirectedFrom=PDF.27.Bestaoui-Spurr N, Hudson H. Ultra-Light Weight Proppant and Pumping Design Lead to Greater Conductive Fracture Area in Unconventional Reservoirs. SPE Oil and Gas India Conference and Exhibition; 2017 Apr 4–6; Mumbai, India. Available from: https://onepetro.org/SPEOGIC/proceedings-abstract/17OGIC/2-17OGIC/D021S009R003/197639.28.Han J, Pirogov A, Li C, et al. Maximizing Productivity with Ultra-Lightweight Proppant in Unconventional Wells: Simulations and Field Cases. SPE Asia Pacific Hydraulic Fracturing Conference; 2016 Aug 24–26; Beijing, China. Available from: https://onepetro.org/speaphf/proceedings-abstract/16APHF/2-16APHF/D022S010R048/185197.29.Chambers R, Meise K. Comparison of Fracture Geometries Utilizing Ultralightweight Proppants Provide Evidence That Partial Monolayers Can Be Created: A Case History. SPE Annual Technical Conference and Exhibition; 2005 Oct 9–12; Dallas, Texas, USA. Available from: https://onepetro.org/SPEATCE/proceedings-abstract/05ATCE/05ATCE/SPE-96818-MS/89316.30.Pavlova S, Demkovich M, Loginov A et al. Successful Implementation of Light Weight Proppant for Stimulation of Tight Sandstones in Russia on Vinogradova Oilfield. SPE Russian Petroleum Technology Conference; 2019 Oct 22–24; Moscow, Russia. Available from: https://onepetro.org/SPERPTC/proceedings-abstract/19RPTC/3-19RPTC/D033S020R004/219302.31.Liang F, Sayed M, Al-Muntasheri G, et al. A comprehensive review on proppant technologies. Petroleum. 2016;2(1):26–39. doi: 10.1016/j.petlm.2015.11.001.32.Chen T, Gao J, Zhao Y, et al. Progress of Polymer Application in Coated Proppant and Ultra-Low Density Proppant. Polymers. 2022;14(24):5534. doi: 10.3390/polym14245534.33.Zoveidavianpoor M, Gharibi A, Zaidi bin Jaafar M. Experimental characterization of a new high-strength ultra-lightweight composite proppant derived from renewable resources. Journal of Petroleum Science and Engineering. 2018;170:1038–1047. doi: 10.1016/j.petrol.2018.06.030.34.Rickards AR, Brannon HD, Wood WD, Stephenson CJ. Ultra-Lightweight Proppant Development Yields Exciting New Opportunities in Hydraulic Fracturing Design. SPE Annual Technical Conference and Exhibition; 2003 Oct 5–8; Denver, Colorado, USA. Available from: https://onepetro.org/SPEATCE/proceedings-abstract/03ATCE/03ATCE/SPE-84308-MS/137740.35.Sun W-Y, Yao X. Performance of resin coated unburned ultra-low density fracturing proppant. Bulletin of the Chinese ceramic society. 2015;34(10):2900–4. doi: 10.16552/j.cnki.issn1001-1625.2015.10.030. (In Chinese).36.Chen T, Wang Y, Yan C, Wang H. Preparation of heat resisting poly (methyl methacrylate)/silica fume composite microspheres used as ultra-lightweight proppants. Micro & Nano Letters. 2014;9(11):757–828. doi: 10.1049/mnl.2014.0486.37.Liang T, Yan C, Zhou S, et al. Carbon black reinforced PMMA-based composite particles: preparation, characterization, and application. Journal of Geophysics and Engineering. 2017;14(5):1225–1232. doi: 10.1088/1742-2140/aa6e7e.38.McDaniel G, Abbott J, Mueller F, et al. Changing the Shape of Fracturing: New Proppant Improves Fracture Conductivity. SPE Annual Technical Conference and Exhibition; 2012 Sept 19–22; Florence, Italy. Available from: https://onepetro.org/SPEATCE/proceedings-abstract/10ATCE/All-10ATCE/SPE-135360-MS/102149.