הפקת מאגרי נפט וגז קונבנציונליים פוחתת משנה לשנה, ואינה מסוגלת לעמוד בביקוש הגובר, מה שהופך את ההכרח להגדיל את הפקת הנפט והגז הבלתי קונבנציונלית במדינה שלי. בשנים האחרונות, חיפוש ופיתוח משאבי נפט וגז לא קונבנציונליים נכנסו לשלב חדש, כאשר עתודות שהוכחו לאחרונה מהוות יותר משני שליש מכלל הרזרבות המוכחות, מה שהופך אותן למקור חשוב לצמיחת משאבי נפט וגז עתידיים. למאגרי נפט וגז לא קונבנציונליים יש בדרך כלל מאפיינים כמו נקבוביות וחדירות נמוכה, הטרוגניות חזקה, עומק קבורה גדול וייצור ראשוני נמוך. טכנולוגיית שבירה הידראולית היא אחד האמצעים המרכזיים להגדלת ייצור בארות הנפט והגז. נוזל שבירה הוא נוזל העבודה בפעולות שבירה הידראוליות, והביצועים והיציבות שלו קובעים ישירות את אפקט השבר.
נוזל השבירה מכיל תוספים שונים והוא נוזל עבודה הטרוגני ולא יציב. המערכת שלה כוללת בדרך כלל מים, מעבים, חומרים פעילי שטח, מייצבי חימר, ביוצידים, מפרקים, מתכווני PH, חומרי בקרת איבוד נוזלים וחומרי תמיכה. נוזלי שבירה מכילים לעתים קרובות סוג אחד או יותר של חומרי שטח להפחתת מתח פני השטח ומתח המשטח, מה שלא רק משפר את קצב הזרימה חזרה של נוזל השבירה אלא גם מקל על אימביביציה ועקירת שמן. נוזלי שבירה מסווגים לסוגים על בסיס מים-, על בסיס שמן- ועל בסיס אלכוהול- לפי התכונות הפיזיקליות והכימיות שלהם (מדיום פיזור), כאשר נוזלי שבירה על בסיס מים- הם הנפוצים ביותר. במהלך תהליך השבירה, נוזל השבירה מעביר אנרגיה כדי לשבור את הסלע, להאריך את השברים, ולאחר מכן לשאת תומכים לתוך השברים. הוא בדרך כלל צריך להיות בעל מאפיינים כגון התנגדות לגזירה, יכולת מתלה מתלה, חיכוך נמוך, עמידות בטמפרטורה, איבוד נוזלים נמוך, שאריות נמוכות, נזק נמוך למאגר, זרימה קלה, תאימות טובה ויעילות-.
השרייה היא שלב לאחר שבירה הידראולית ולפני הייצור, שבמהלכו מתרחשים תהליכים מורכבים כמו זרימת נוזל שבירה, אימביציה ותגובות כימיות. נוזל השבירה שנותר במבנה יכול לשפר את המורכבות של שברים לאחר-שבירה באמצעות אימביציה. מרכיבי ההרטבה בנוזל השבירה, המונעים על ידי כוחות נימיים, חודרים למיקרונקבוביות לאורך השברים ועוקרים את השמן בתוכם, מה שמגדיל את אנרגיית הזרימה של נוזל היווצרות, גורם לשמן להתכנס לשברים, משפר את אפקט תזוזת המים-שמן, ובסופו של דבר מגדיל את קצב הייצור וההחלמה. נכון לעכשיו, חלק מהבלוקים בשדה הנפט Changqing, Qinghai Oilfield ו-Daqing Oilfield אימצו את שיטת השריית השברים לאחר-השגת תוצאות טובות לשיפור הייצור. זמן ההשריה הוא פרמטר מרכזי המשפיע על ההשפעה הצפויה של ההשריה. תוצאות סימולציה וניסויים מראות שהגדלה מתאימה של זמן ההשריה עוזרת להגביר את הייצור, אך זמן השרייה ארוך מדי יגביר את העמידות בפני הוצאת שמן/גז.
הזרימה לאחור של נוזל השבירה לאחר השבירה משפיעה על מצב שינוי המאגר ועל אפקט שיפור הייצור. קצב הזרימה חזרה הוא אחד מפרמטרי ההערכה של מידת זרימת נוזל השבירה בחזרה. נתוני השדה מראים שקצב הזרימה החוזרת של רוב בארות הגז נמוך מ-50%, וחלקם אף נמוך מ-5%. בשלב הראשוני של הזרימה חזרה, השברים שנפתחו נסגרים, חוסמים את התעלות בין השברים העיקריים, ונוזל השבר אינו יכול לזרום החוצה מהמאגר בצורה חלקה; בשל החדירות הנמוכה ביותר של המאגר וכוח הנקבוביות הגדולות, נוזל השבירה בשברים מונע לחלחל לתוך מטריצת הסלע העמוקה יותר, אך הדבר מפריע לזרימה חזרה של נוזל השבירה; מלחי היווצרות המומסים בנוזל השבירה יוצרים הבדל פוטנציאל כימי גדול בין נוזל השבר המוזרק למי היווצרות, מה שמפריע לזרימה חזרה של נוזל השבירה, וכתוצאה מכך קצב זרימה נמוך. תכולת חימר וזמן השריית נוזל שבירה משפיעים גם על יעילות הזרימה חזרה. חימר מתרחב בנפח כשהוא נחשף למים ויש לו יכולת אצירת מים חזקה, סופג יותר נוזלים מיכולת החלל המטריצה המוכלת שלו. עבור מאגרים כאלה, יש להוסיף מייצבי חימר. קצב הזרימה חזרה קשור ישירות לזרימה חוזרת של תומך ולנזק משני למאגר. לכן, מחקר ממוקד על זרימת נוזל שבירה על בסיס מאפייני המאגר מועיל בשיפור ייצור הנפט והגז.
זרימת-השריית-שבירה היא תהליך הנדסי משולב, כאשר כל שלב מחובר זה לזה. פעולת השבירה משפיעה על ההשריה והזרימה חזרה, לכן, נוזל השבירה חייב לא רק לעמוד בדרישות הביצועים לשבר, אלא גם לשקול את צרכי ההשריה והזרימה חזרה. זה מוביל לתפיסה הבסיסית של נוזל עבודה משולב-השרייה-לחזור עבור מאגרי נפט וגז לא שגרתיים. נוזלי עבודה משולבים-השריית-זרימה חוזרת הם מגמה מתפתחת, מה שהופך את הפיתוח של נוזלי עבודה משולבים רב-תכליתיים לחיוניים.
נוזל שבירה, כ"דם" של פעולות שבירה, משפיע על שבירה, השרייה, זרימה חוזרת והפקת שמן. מחקר נוזלי עבודה צריך לעמוד בקצב של המגמות בחיפוש ופיתוח משאבי נפט וגז, ותפקודיו צריכים להשתכלל יותר ויותר בהתבסס על מאפייני פיתוח מאגרים ותכונות פיזיקליות. נוזלי השבירה צריכים לעמוד בדרישות הביצועים של יצירת שבר, השעיה תומך, תמיכת שברים ומילוי אנרגיה במהלך שלב השבירה, תוך התחשבות בצרכים של שלבי ההשריה והזרימה חזרה. לתוספי פולימרים יש יכולות חזקה להגביר צמיגות- אך קשה לפרק לחלוטין ולהשאיר שאריות משמעותיות; נוזלי שבירה נקיים בעלי מתח משטח/ממשק נמוך אך תכונות מכניות גרועות ועלויות גבוהות; לנוזלי עבודה המבוססים על קצף- יש אובדן נוזלים נמוך ונזקים מינימליים למאגר, אך יכולת נשיאת תומך ירודה. בהתאם לצרכים הספציפיים, כל סוג של תוסף מפותח למערכת נוזל עבודה מתאימה, אשר לאחר מכן משולבת עם התהליך ליצירת שיטת הפעלה ייחודית. נוזלי עבודה משולבים יכולים, במידה מסוימת, להפחית את עלויות התפעול, לפשט נהלים ולהפחית נזקים משני במאגר. השימוש המשולב במדיות עבודה מרובות, או שימוש בשיטות כימיות להשתלת קבוצות פונקציונליות כדי לשפר את ביצועי נוזל העבודה, הוא הכיוון העתידי של פיתוח נוזלי עבודה, ויש לו גם סיכויי פיתוח גדולים בתחומים כגון שחזור שמן משופר, סתימה והסטה זמניים והגנה על סביבה דלת-פחמן.
