La produzione convenzionale di giacimenti di petrolio e gas sta diminuendo di anno in anno, incapace di soddisfare la crescente domanda, rendendo imperativo aumentare la produzione di petrolio e gas non convenzionale nel mio paese. Negli ultimi anni, l'esplorazione e lo sviluppo di risorse di petrolio e gas non convenzionali sono entrati in una nuova fase, con le nuove riserve accertate che rappresentano oltre i due-terzi del totale delle riserve accertate, rendendole un'importante fonte di crescita futura delle risorse di petrolio e gas. I giacimenti di petrolio e gas non convenzionali hanno tipicamente caratteristiche quali bassa porosità e permeabilità, forte eterogeneità, grande profondità di interramento e bassa produzione iniziale. La tecnologia della fratturazione idraulica è una delle misure chiave per aumentare la produzione di pozzi di petrolio e gas. Il fluido di fratturazione è il fluido di lavoro nelle operazioni di fratturazione idraulica e le sue prestazioni e stabilità determinano direttamente l'effetto di fratturazione.
Il fluido di fratturazione contiene vari additivi ed è un fluido di lavoro eterogeneo e instabile. Il suo sistema generalmente comprende acqua, addensanti, tensioattivi, stabilizzanti dell'argilla, biocidi, disgregatori, regolatori del pH, agenti di controllo della perdita di liquidi e materiali di supporto. I fluidi di fratturazione spesso contengono uno o più tipi di tensioattivi per ridurre la tensione superficiale e la tensione interfacciale, che non solo migliora la velocità di riflusso del fluido di fratturazione ma facilita anche l'imbibizione e lo spostamento dell'olio. I fluidi di fratturazione sono classificati in tipi a base di acqua-, olio-e alcool-in base alle loro proprietà fisiche e chimiche (mezzo di dispersione), con i fluidi di fratturazione a base di acqua-quelli più utilizzati. Durante il processo di fratturazione, il fluido di fratturazione trasmette energia per rompere la roccia, estendere le fratture e quindi trasportare i materiali di sostegno nelle fratture. In genere deve possedere caratteristiche quali resistenza al taglio, capacità di sospensione del materiale di sostegno, basso attrito, resistenza alla temperatura, bassa perdita di fluido, basso residuo, basso danno al serbatoio, facile ritorno del flusso, buona compatibilità ed-efficacia in termini di costi.
L'ammollo è una fase successiva alla fratturazione idraulica e prima della produzione, durante la quale si verificano complessi processi accoppiati come il flusso del fluido di fratturazione, l'imbibizione e le reazioni chimiche. Il fluido di frattura rimanente nella formazione può aumentare la complessità delle fratture post-fratturative attraverso l'imbibizione. I componenti bagnanti nel fluido di fratturazione, guidati dalle forze capillari, entrano nei micropori lungo le fratture e spostano l'olio al loro interno, aumentando l'energia di flusso del fluido di formazione, facendo convergere l'olio verso le fratture, potenziando l'effetto di spostamento dell'olio-acqua e, in definitiva, aumentando la produzione e il tasso di recupero. Attualmente, alcuni blocchi nei giacimenti petroliferi di Changqing, Qinghai e Daqing hanno adottato il metodo di immersione post-fratturazione, ottenendo buoni risultati di miglioramento della produzione. Il tempo di ammollo è un parametro chiave che influenza l'effetto atteso dell'ammollo. La simulazione e i risultati sperimentali mostrano che aumentare adeguatamente il tempo di immersione aiuta ad aumentare la produzione, ma un tempo di immersione eccessivamente lungo aumenterà la resistenza all'espulsione di petrolio/gas.
Il riflusso del fluido di fratturazione dopo la frattura influisce sullo stato di modificazione del giacimento e sull'effetto di miglioramento della produzione. La velocità di riflusso è uno dei parametri di valutazione del grado di riflusso del fluido di fratturazione. I dati sul campo mostrano che il tasso di riflusso della maggior parte dei pozzi di gas è inferiore al 50% e alcuni sono addirittura inferiori al 5%. Nella fase iniziale del riflusso, le fratture aperte si chiudono, bloccando i canali tra le fratture principali, e il fluido di fratturazione non può defluire agevolmente dal serbatoio; a causa della permeabilità estremamente bassa del giacimento e della grande forza capillare dei pori, il fluido di fratturazione nelle fratture è spinto a penetrare nella matrice rocciosa più profonda, ma ciò ostacola il riflusso del fluido di fratturazione; i sali di formazione disciolti nel fluido di fratturazione creano una grande differenza di potenziale chimico tra il fluido di fratturazione iniettato e l'acqua di formazione, ostacolando il riflusso del fluido di fratturazione, con conseguente bassa velocità di riflusso. Anche il contenuto di argilla e il tempo di immersione nel fluido di frattura influiscono sull’efficienza del riflusso. L'argilla si espande in volume quando esposta all'acqua e ha una forte capacità di ritenzione idrica, assorbendo più liquidi rispetto alla capacità dello spazio della matrice contenuta. Per tali serbatoi è necessario aggiungere stabilizzanti dell'argilla. La velocità di riflusso è direttamente correlata al riflusso del materiale di sostegno e al danno secondario al serbatoio. Pertanto, la ricerca mirata sul riflusso dei fluidi di fratturazione basata sulle caratteristiche del giacimento è utile per migliorare la produzione di petrolio e gas.
Il flowback di fratturazione-ammollo- è un processo di ingegneria integrato, in cui ogni fase è interconnessa. L'operazione di fratturazione influisce sul successivo ammollo e sul riflusso, pertanto il fluido di fratturazione non deve solo soddisfare i requisiti prestazionali per la fratturazione, ma anche considerare le esigenze di ammollo e riflusso. Ciò porta al concetto di base di un fluido operativo integrato di fratturazione-assorbimento-di riflusso per giacimenti di petrolio e gas non convenzionali. I fluidi di lavoro integrati per fratturazione-ammollo-riflusso sono una tendenza in via di sviluppo, rendendo essenziale lo sviluppo di fluidi di lavoro integrati multifunzionali.
Il fluido di fratturazione, in quanto "sangue" delle operazioni di fratturazione, influisce sulla fratturazione, sull'ammollo, sul riflusso e sulla produzione di petrolio. La ricerca sui fluidi di lavoro dovrebbe tenere il passo con le tendenze nell’esplorazione e nello sviluppo delle risorse di petrolio e gas, e le sue funzioni dovrebbero diventare sempre più raffinate in base alle caratteristiche di sviluppo dei giacimenti e alle proprietà fisiche. I fluidi di fratturazione devono soddisfare i requisiti prestazionali relativi alla creazione di fratture, alla sospensione del materiale di sostegno, al supporto della frattura e al rifornimento di energia durante la fase di fratturazione, considerando anche le esigenze delle fasi di assorbimento e di riflusso. Gli additivi polimerici hanno forti capacità di aumento della viscosità-ma sono difficili da scomporre completamente e lasciano residui significativi; i fluidi di fratturazione puliti hanno una bassa tensione superficiale/interfacciale ma scarse proprietà meccaniche e costi elevati; I fluidi di lavoro a base di schiuma-hanno una bassa perdita di fluido e un danno minimo al serbatoio, ma hanno una scarsa capacità di carico del materiale di supporto. A seconda delle esigenze specifiche, ogni tipo di additivo viene sviluppato in un sistema di fluido di lavoro adatto, che viene poi combinato con il processo per formare un metodo operativo unico. I fluidi di lavoro integrati possono, in una certa misura, ridurre i costi operativi, semplificare le procedure e mitigare i danni al serbatoio secondario. L'uso combinato di più mezzi di lavoro, o l'uso di metodi chimici per innestare gruppi funzionali per migliorare le prestazioni del fluido di lavoro, è la direzione futura dello sviluppo dei fluidi di lavoro e presenta anche grandi prospettive di sviluppo in aree come il recupero avanzato del petrolio, l'ostruzione e la deviazione temporanee e la protezione ambientale a basso-carbonio.
