Проппант представляет собой твердый материал, обычно песок, обработанный песок или искусственные керамические материалы, предназначенный для поддержания открытого гидроразрыва во время или после гидроразрыва, чаще всего для нетрадиционных коллекторов . Его добавляют в жидкость для гидроразрыва , состав которой может различаться в зависимости от типа используемого гидроразрыва и может быть на основе геля , пены или жидкой воды. Кроме того, могут существовать нетрадиционные жидкости для гидроразрыва. Жидкости идут на компромисс с такими свойствами материала, как вязкость , поскольку более вязкие жидкости могут переносить более концентрированный проппант; энергия или давление необходимы для поддержания определенной скорости нагнетания потока ( скорости потока ), которая будет правильно проводить проппант; pH , различные реологические факторы и другие. Кроме того, жидкости могут использоваться при стимуляции скважин с малым объемом высокопроницаемых скважин из песчаника (от 20 до 80 тысяч галлонов США (от 76 до 303 кл) на скважину), а также при операциях с большими объемами, таких как добыча сланцевого газа и газа плотных пород , которые используют миллионы галлонов воды на скважину.
Традиционное мнение часто колеблется относительно относительного превосходства геля, пены и растворов на воде по отношению друг к другу, что, в свою очередь, связано с выбором проппанта. Например, Зубер, Кускраа и Сойер (1988) обнаружили, что жидкости на основе геля, по-видимому, дают наилучшие результаты при добыче метана из угольных пластов , [1] но по состоянию на 2012 год более популярными являются обработки с использованием жидкой воды.
Помимо проппанта, жидкости для гидроразрыва с гладкой водой состоят в основном из воды, обычно на 99% или более по объему, но жидкости на основе геля могут содержать полимеры и поверхностно-активные вещества, содержащие до 7 об.%, игнорируя другие добавки. Другие распространенные добавки включают соляную кислоту (низкий pH может разъедать определенные породы , например , растворяя известняк ), понизители трения, гуаровую камедь , биоциды , деэмульгаторы, эмульгаторы , 2-бутоксиэтанол и радиоактивные изотопы-индикаторы.
Расклинивающие наполнители имеют большую проницаемость, чем проппанты с мелкой сеткой при низких напряжениях смыкания, но они механически разрушаются (т.е. раздавливаются) и образуют очень мелкие частицы («мелочь») при высоких напряжениях смыкания, так что проппанты с более мелкими ячейками превосходят по проницаемости проппанты с крупной сеткой. определенное пороговое напряжение. [2]
Хотя песок является обычным проппантом, необработанный песок склонен к образованию значительного количества мелких частиц; Образование мелочи часто измеряется в весовых процентах от исходного сырья. Один производитель заявил, что доля необработанного песка составляет 23,9% по сравнению с 8,2% для легкой керамики и 0,5% для их продукции. [3] Одним из способов поддержания идеального размера ячеек (т.е. проницаемости) при наличии достаточной прочности является выбор расклинивающего наполнителя достаточной прочности; песок может быть покрыт смолой с образованием песка, покрытого отверждаемой смолой, или песка, покрытого предварительно отвержденной смолой. В определенных ситуациях может быть выбран вообще другой материал проппанта — популярные альтернативы включают керамику и спеченный боксит .
Повышенная прочность часто достигается за счет увеличения плотности, что, в свою очередь, требует более высоких скоростей потока, вязкости или давления во время гидроразрыва, что приводит к увеличению затрат на гидроразрыв как с экологической, так и с экономической точки зрения. [4] Легкие проппанты, наоборот, предназначены для того, чтобы нарушить тенденцию соотношения прочности и плотности или даже обеспечить большую газопроницаемость. Геометрия проппанта также важна; определенные формы или формы усиливают напряжение на частицах проппанта, делая их особенно уязвимыми для раздавливания (резкая неоднородность классически может допускать бесконечные напряжения в линейно упругих материалах). [5]
Размер сетки проппанта также влияет на длину трещины: проппанты могут быть «перекрыты», если ширина трещины уменьшится менее чем в два раза по сравнению с диаметром проппанта. [2] Поскольку проппанты откладываются в трещине, они могут сопротивляться дальнейшему потоку жидкости или потоку других проппантов, препятствуя дальнейшему росту трещины. Кроме того, напряжения смыкания (после сброса внешнего давления жидкости) могут привести к реорганизации или «выдавливанию» проппантов, даже если мелкие частицы не образуются, что приводит к уменьшению эффективной ширины трещины и снижению проницаемости. Некоторые компании пытаются создать слабые связи в состоянии покоя между частицами проппанта, чтобы предотвратить такую реорганизацию. Моделирование гидродинамики и реологии жидкости гидроразрыва и переносимых ею проппантов является предметом активных исследований в отрасли.
Хотя правильный выбор проппанта положительно влияет на производительность и общую конечную нефтеотдачу скважины, коммерческие проппанты также ограничены стоимостью. Транспортные расходы от поставщика до объекта составляют значительную часть стоимости проппантов.
Помимо проппанта, жидкости для гидроразрыва с гладкой водой состоят в основном из воды, обычно на 99% или более по объему, но жидкости на основе геля могут содержать полимеры и поверхностно-активные вещества, содержащие до 7 об.%, игнорируя другие добавки. [6] Другие распространенные добавки включают соляную кислоту (низкий pH может разъедать некоторые породы , например , растворяя известняк ), понизители трения, гуаровую камедь , [7] биоциды , деэмульгаторы, эмульгаторы и 2-бутоксиэтанол .
Радиоактивные изотопы-индикаторы иногда включаются в жидкость гидроразрыва для определения профиля закачки и местоположения трещин, создаваемых гидроразрывом. [8] В патентах подробно описано, как в одной скважине обычно используются несколько индикаторов. Скважины подвергаются гидроразрыву на разных стадиях. [9] На каждой стадии используются трассеры с разным периодом полураспада. [9] [10] Их период полураспада колеблется от 40,2 часов ( лантан-140 ) до 5,27 лет ( кобальт-60 ). [11] Количества радионуклидов на одну инъекцию указаны в рекомендациях Комиссии по ядерному регулированию США (NRC). [12] В руководящих принципах NRC также перечислен широкий спектр радиоактивных материалов в твердой, жидкой и газообразной формах, которые используются в качестве индикаторов для заводнения месторождений или исследований по повышению нефтеотдачи и добычи газа, используемых в одиночных и множественных скважинах. [12]
В США, за исключением аддитивных жидкостей для гидроразрыва на основе дизельного топлива, которые, по мнению Американского агентства по охране окружающей среды, содержат более высокую долю летучих органических соединений и канцерогенного БТЭК , использование жидкостей для гидроразрыва в операциях гидроразрыва было явно исключено из регулирования в соответствии с американским Законом о чистоте. Закон о воде 2005 года - законодательный шаг, который с тех пор вызвал споры, поскольку является продуктом лоббирования особых интересов. [ нужна цитата ]
с маркировкой Frac Sand...Sc-46, Бр-82, Аг-110м, Сб-124, Ир-192
{{cite web}}
: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )