stringtranslate.com

Проппанты для гидроразрыва пласта

Проппант — это твердый материал, обычно песок, обработанный песок или искусственные керамические материалы, предназначенные для поддержания открытой индуцированной гидравлической трещины во время или после гидроразрыва пласта, чаще всего для нетрадиционных коллекторов . Он добавляется в жидкость для гидроразрыва пласта , которая может различаться по составу в зависимости от типа используемого гидроразрыва пласта и может быть на основе геля , пены или скользящей воды. Кроме того, могут быть нетрадиционные жидкости для гидроразрыва пласта. Жидкости делают компромиссы в таких свойствах материала, как вязкость , где более вязкие жидкости могут переносить более концентрированный проппант; энергия или давление, необходимые для поддержания определенной скорости потока насоса ( скорости потока ), которая будет проводить проппант соответствующим образом; pH , различные реологические факторы и другие. Кроме того, жидкости могут использоваться для интенсификации притока малых объемов воды из высокопроницаемых песчаниковых скважин (от 20 до 80 тысяч галлонов США (от 76 до 303 кл) на скважину) и для крупномасштабных операций, таких как добыча сланцевого газа и газа из плотных пород , для которых требуются миллионы галлонов воды на скважину.

Традиционное мнение часто колебалось относительно относительного превосходства геля, пены и жидкостей с скользящей водой 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, достигают наилучших результатов при добыче угольного метана [1] , но по состоянию на 2012 год обработка с скользящей водой стала более популярной.

Помимо проппанта, жидкости для гидроразрыва пласта на основе скользкой воды в основном состоят из воды, обычно на 99% или более по объему, но жидкости на основе геля могут содержать полимеры и поверхностно-активные вещества, составляющие до 7% по объему, игнорируя другие добавки. Другие распространенные добавки включают соляную кислоту (низкий pH может разъедать определенные породы , растворяя известняк , например), понизители трения, гуаровую камедь , биоциды , деэмульгаторы, эмульгаторы , 2-бутоксиэтанол и радиоактивные изотопы -индикаторы.

Проппанты имеют большую проницаемость, чем мелкоячеистые проппанты при низких напряжениях закрытия, но будут механически разрушаться (т. е. раздавливаться) и производить очень мелкие частицы («мелочь») при высоких напряжениях закрытия, так что мелкоячеистые проппанты превосходят крупноячеистые проппанты по проницаемости после определенного порогового напряжения. [2]

Хотя песок является распространенным проппантом, необработанный песок склонен к значительному образованию мелких частиц; образование мелких частиц часто измеряется в весовых процентах от исходного сырья. Один из производителей заявил, что образование мелких частиц необработанного песка составляет 23,9% по сравнению с 8,2% для легкой керамики и 0,5% для их продукта. [3] Один из способов поддержания идеального размера ячеек (т. е. проницаемости) при достаточной прочности — это выбор проппантов достаточной прочности; песок может быть покрыт смолой, чтобы образовать отверждаемый песок с покрытием из смолы или предварительно отвержденные пески с покрытием из смолы. В определенных ситуациях может быть выбран совсем другой материал проппанта — популярные альтернативы включают керамику и спеченный боксит .

Вес и прочность проппанта

Повышение прочности часто достигается за счет повышения 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, разработаны так, чтобы они могли нарушить тенденцию прочности-плотности или даже обеспечить большую газопроницаемость. Геометрия проппанта также важна; определенные формы или виды усиливают напряжение на частицах проппанта, делая их особенно уязвимыми для дробления (резкий разрыв может классически допускать бесконечные напряжения в линейных упругих материалах). [5]

Отложение проппанта и поведение после обработки

Размер ячеек проппанта также влияет на длину трещины: проппанты могут быть «перекрыты», если ширина трещины уменьшится до менее чем удвоенного размера диаметра проппанта. [2] По мере того, как проппанты откладываются в трещине, проппанты могут противостоять дальнейшему потоку жидкости или потоку других проппантов, препятствуя дальнейшему росту трещины. Кроме того, напряжения закрытия (после сброса внешнего давления жидкости) могут привести к реорганизации проппантов или «выдавливанию» проппантов, даже если не образуется никаких мелких частиц, что приводит к меньшей эффективной ширине трещины и снижению проницаемости. Некоторые компании пытаются вызвать слабую связь в состоянии покоя между частицами проппанта, чтобы предотвратить такую ​​реорганизацию. Моделирование динамики жидкости и реологии жидкости для разрыва и переносимых ею проппантов является предметом активных исследований в отрасли.

Стоимость проппанта

Хотя хороший выбор проппанта положительно влияет на производительность и общую конечную отдачу скважины, коммерческие проппанты также ограничены стоимостью. Транспортные расходы от поставщика до площадки составляют значительную часть стоимости проппантов.

Другие компоненты жидкостей разрыва

Помимо проппанта, жидкости гидроразрыва пласта на основе скользкой воды в основном состоят из воды, как правило, на 99% или более по объему, но жидкости на основе геля могут содержать полимеры и поверхностно-активные вещества, составляющие до 7% по объему, не считая других добавок. [6] Другие распространенные добавки включают соляную кислоту (низкий pH может разъедать некоторые породы , например , растворять известняк ), понизители трения, гуаровую камедь , [7] биоциды , деэмульгаторы, эмульгаторы и 2-бутоксиэтанол .

Радиоактивные изотопы-трассеры иногда включаются в жидкость для гидроразрыва пласта для определения профиля инъекции и местоположения трещин, созданных при гидроразрыве пласта. [8] Патенты подробно описывают, как несколько трассеров обычно используются в одной и той же скважине. Скважины подвергаются гидроразрыву на разных стадиях. [9] Для каждой стадии используются трассеры с разными периодами полураспада. [9] [10] Их периоды полураспада составляют от 40,2 часов ( лантан-140 ) до 5,27 лет ( кобальт-60 ). [11] Количество радионуклида на инъекцию указано в рекомендациях Комиссии по ядерному регулированию США (NRC). [12] В рекомендациях NRC также перечислен широкий спектр радиоактивных материалов в твердой, жидкой и газообразной форме, которые используются в качестве трассеров для исследования заводнения или повышения нефте- и газоотдачи пласта в одиночных и множественных скважинах. [12]

В США, за исключением добавок для гидроразрыва на основе дизельного топлива, которые, как отметило Американское агентство по охране окружающей среды, имеют более высокую долю летучих органических соединений и канцерогенных BTEX , использование жидкостей для гидроразрыва при операциях по гидроразрыву было прямо исключено из регулирования в соответствии с Американским законом о чистой воде в 2005 году, законодательный шаг, который с тех пор вызвал споры, поскольку является продуктом лоббирования особых интересов. [ необходима цитата ]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Мадер, Детлеф (1989). Гидравлический разрыв пласта и гравийная набивка. Амстердам : Elsevier . С. 473. ISBN 0-444-87352-X.
  2. ^ ab "Физические свойства проппантов". CarboCeramics Тематический справочник . CarboCeramics. Архивировано из оригинала 18 января 2013 г. Получено 24 января 2012 г.
  3. ^ "Critical Proppant Selection Factors". Fracline . Hexion. Архивировано из оригинала 11 октября 2012 г. Получено 25 января 2012 г.
  4. ^ Рикардс, Аллан и др. (май 2006 г.). «Высокопрочный, сверхлегкий проппант открывает новые возможности для применения в гидроразрыве пласта». SPE Production & Operations . 21 (2): 212–221. doi :10.2118/84308-PA.
  5. ^ Гимараес, М.С. и др. (2007). «Производство заполнителя: образование мелочи во время дробления горных пород» (PDF) . Журнал обработки полезных ископаемых . 81 (4): 237–247. doi :10.1016/j.minpro.2006.08.004.
  6. ^ Ходж, Ричард. "Сравнение сшитых и линейных гелей" (PDF) . Технический семинар по исследованию HF EPA . Агентство по охране окружающей среды . Получено 8 февраля 2012 г. .
  7. ^ Ram Narayan (8 августа 2012 г.). «От еды до фрекинга: гуаровая камедь и международное регулирование». RegBlog . Юридическая школа Пенсильванского университета . Архивировано из оригинала 22 августа 2012 г. Получено 15 августа 2012 г.
  8. ^ Рейс, Джон С. (1976). Экологический контроль в нефтяной инженерии. Gulf Professional Publishers.
  9. ^ ab [1] Скотт III, Джордж Л. (3 июня 1997 г.) Патент США № 5635712: Метод мониторинга гидравлического разрыва подземного пласта. Патентные публикации США.
  10. ^ [2] Скотт III, Джордж Л. (15 августа 1995 г.) Патент США № US5441110: Система и метод мониторинга роста трещин во время обработки гидроразрывом пласта. Патентные публикации США.
  11. ^ [3] Гадекен, Ларри Л., Halliburton Company (08 ноября 1989 г.). Радиоактивный метод каротажа скважин.
  12. ^ ab Джек Э. Уиттен, Стивен Р. Куртеманш, Андреа Р. Джонс, Ричард Э. Пенрод и Дэвид Б. Фогл (Отдел промышленной и медицинской ядерной безопасности, Управление безопасности ядерных материалов и гарантий (июнь 2000 г.). "Сводное руководство по лицензиям на материалы: Руководство по лицензиям на специальные программы по каротажу скважин, трассерам и изучению полевых затоплений (NUREG-1556, том 14)". Комиссия по ядерному регулированию США . Получено 19 апреля 2012 г. . помечено как Frac Sand...Sc-46, Br-82, Ag-110m, Sb-124, Ir-192{{cite web}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )