Проппанты ГРП - Hydraulic fracturing proppants

Гидроразрыв
Буровая установка на сланцевый газ недалеко от Альварадо, штат Техас
По стране
Воздействие на окружающую среду
Регулирование
Технологии
Политика

А проппант представляет собой твердый материал, обычно песок, обработанный песок или искусственные керамические материалы, предназначенный для сохранения индуцированный гидроразрыв открытые, во время или после гидроразрыва пласта. Он добавлен в жидкость для гидроразрыва которые могут различаться по составу в зависимости от типа используемого гидроразрыва, и могут быть гель, мыло или же Slickwater -основан. Кроме того, могут быть нетрадиционные жидкости для гидроразрыва. Жидкости имеют компромисс в таких свойствах материала, как вязкость, где более вязкие жидкости могут нести более концентрированный проппант; энергия или давление, необходимые для поддержания определенной скорости накачки потока (скорость потока ), которые будут правильно проводить проппант; pH, разные реологические факторы, среди прочего. Кроме того, жидкости могут быть использованы для интенсификации притока малых объемов скважин с высокой проницаемостью. песчаник скважин (от 20 000 до 80 000 галлонов на скважину) до крупномасштабных операций, таких как сланцевый газ и плотный газ которые используют миллионы галлонов воды на колодец.

Принято считать, что относительное превосходство гелевых, пенных и жидкостных жидкостей по отношению друг к другу часто колеблется, что, в свою очередь, связано с выбором проппанта. Например, Zuber, Kuskraa and Sawyer (1988) обнаружили, что жидкости на гелевой основе, по-видимому, дают наилучшие результаты для метан угольных пластов операции,[1] но с 2012 года более популярны процедуры по уходу за грязной водой.

Помимо проппанта, жидкости для гидроразрыва пласта в основном представляют собой воду, обычно 99% или более по объему, но жидкости на гелевой основе могут содержать полимеры и поверхностно-активные вещества, содержащие до 7 об.%, Без учета других добавок. Другие распространенные добавки включают: соляная кислота (низкий pH может травить определенные породы, растворение известняк например), редукторы трения, гуаровая камедь, биоциды, деэмульгаторы, эмульгаторы, 2-бутоксиэтанол, и радиоактивный индикатор изотопы.

Расклинивающие наполнители обладают большей проницаемостью, чем расклинивающие наполнители с мелкими отверстиями, при низких напряжениях закрытия, но будут механически разрушаться (т. Е. Раздавливаться) и производить очень мелкие частицы («мелочь») при высоких напряжениях закрытия, так что расклинивающие наполнители с мелкими отверстиями по проницаемости после определенное пороговое напряжение.[2]

Хотя песок обычный проппант, необработанный песок склонен к образованию значительного количества мелочи; Образование мелких частиц часто измеряется в весовых% от исходного сырья. Коммерческий информационный бюллетень от Momentive указывает, что производство необработанной песчаной мелочи составляет 23,9% по сравнению с 8,2% для легкой керамики и 0,5% для их продукта.[3] Один из способов поддерживать идеальный размер ячеек (т.е. проницаемость) при достаточной прочности - это выбирать расклинивающие наполнители достаточной прочности; песок может быть покрыт смолой для образования песка, покрытого отверждаемой смолой, или песка, покрытого предварительно отвержденной смолой. В определенных ситуациях может быть выбран совсем другой проппант - популярные альтернативы включают керамика и спеченный боксит.

Вес и прочность проппанта

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 расклинивающие наполнители, наоборот, разработаны, чтобы изменить тенденцию прочности и плотности или даже повысить газопроницаемость. Геометрия проппанта также важна; определенные формы или формы усиливают напряжение на частицах проппанта, что делает их особенно уязвимыми для раздавливания (резкий разрыв может классически допускать бесконечные напряжения в линейно-упругих материалах).[5]

Отложение проппанта и поведение после обработки

Размер ячейки проппанта также влияет на длину трещины: расклинивающие агенты могут быть «перекрыты», если ширина трещины уменьшается до менее чем двух размеров диаметра проппанта.[2] Когда расклинивающие наполнители откладываются в трещине, расклинивающие наполнители могут противостоять дальнейшему потоку жидкости или потоку других расклинивающих наполнителей, препятствуя дальнейшему росту трещины. Кроме того, напряжения смыкания (после сброса внешнего давления флюида) могут вызвать реорганизацию расклинивающих наполнителей или "выдавливание" расклинивающих наполнителей, даже если мелкие частицы не образуются, что приводит к меньшей эффективной ширине трещины и снижению проницаемости. Некоторые компании пытаются создать слабую связь в состоянии покоя между частицами проппанта, чтобы предотвратить такую ​​реорганизацию. Моделирование гидродинамики и реологии жидкости для гидроразрыва и переносимых ею проппантов является предметом активных исследований в отрасли.

Стоимость проппанта

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

Другие компоненты жидкостей гидроразрыва

Помимо проппанта, жидкости для гидроразрыва пласта в основном представляют собой воду, обычно 99% или более по объему, но жидкости на гелевой основе могут содержать полимеры и поверхностно-активные вещества, содержащие до 7 об.%, Без учета других добавок.[6] Другие распространенные добавки включают: соляная кислота (низкий pH может травить определенные породы, растворение известняк например), редукторы трения, гуаровая камедь,[7] биоциды, деэмульгаторы, эмульгаторы, и 2-бутоксиэтанол.

Радиоактивный индикатор изотопы иногда включают в жидкость для гидроразрыва пласта для определения профиля закачки и местоположения трещин, созданных в результате гидроразрыва пласта.[8] Патенты подробно описывают, как обычно используются несколько индикаторов в одной скважине. ГРП скважин проводится в разные стадии.[9] Для каждой стадии используются трассеры с разным периодом полураспада.[9][10] Их период полураспада составляет от 40,2 часа (лантан-140 ) до 5,27 года (кобальт-60 ).[11] Количество радионуклидов на одну инъекцию указано в США. Комиссия по ядерному регулированию (NRC) руководящие принципы.[12] В рекомендациях NRC также перечислен широкий спектр радиоактивных материалов в твердых, жидких и газообразных формах, которые используются в качестве индикаторов для исследований заводнения или повышения нефте- и газоотдачи, используемых в одиночных и множественных скважинах.[12]

В США, кроме добавочных жидкостей для гидроразрыва на основе дизельного топлива, отмеченных американским Агентство по охране окружающей среды иметь более высокую долю летучие органические соединения и канцерогенные BTEX, использование жидкостей гидроразрыва в операциях гидроразрыва было однозначно исключено из регулирования в соответствии с американским законодательством. Закон о чистой воде в 2005 году это законодательный шаг, который с тех пор вызвал споры, поскольку является продуктом лоббирования особых интересов.[нужна цитата ]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Мадер, Детлеф (1989). Гидравлический разрыв пласта проппанта и гравийная набивка. Амстердам: Эльзевир. ISBN  0-444-87352-X.
  2. ^ а б «Физические свойства проппантов». Тематический справочник CarboCeramics. КарбоКерамика. Архивировано из оригинал 18 января 2013 г.. Получено 24 января 2012.
  3. ^ «Критические факторы выбора проппанта». Fracline. Гексион. Архивировано из оригинал 11 октября 2012 г.. Получено 25 января 2012.
  4. ^ Рикардс, Аллан; и другие. (Май 2006 г.). «Высокопрочный и сверхлегкий проппант открывает новые возможности для применения при ГРП». SPE Производство и операции. 21 (2): 212–221.
  5. ^ Guimaraes, M. S .; и другие. (2007). «Совокупное производство: образование мелких частиц при дроблении породы» (PDF). Журнал обработки минералов.
  6. ^ Ходж, Ричард. «Сравнение сшитых и линейных гелей» (PDF). EPA HF Study Technical Workshop. Агентство по охране окружающей среды. Получено 8 февраля 2012.
  7. ^ Рам Нараян (8 августа 2012 г.). «От продуктов питания до гидроразрыва: гуаровая камедь и международное регулирование». RegBlog. Школа права Пенсильванского университета. Получено 15 августа 2012.
  8. ^ Рейс, Джон С. (1976). Экологический контроль в нефтяной инженерии. Gulf Professional Publishers.
  9. ^ а б [1] Скотт III, Джордж Л. (3 июня 1997 г.) Патент США № 5635712: Способ мониторинга гидроразрыва подземного пласта. Патентные публикации США.
  10. ^ [2] Скотт III, Джордж Л. (15 августа 1995 г.) Патент США № US5441110: Система и метод для мониторинга роста трещин во время гидроразрыва пласта. Патентные публикации США.
  11. ^ [3] Гадекен, Ларри Л., Halliburton Company (8 ноября 1989 г.). Радиоактивный метод каротажа скважин.
  12. ^ а б Джек Э. Уиттен, Стивен Р. Куртеманш, Андреа Р. Джонс, Ричард Э. Пенрод и Дэвид Б. Фогл (Отдел промышленной и медицинской ядерной безопасности, Управление безопасности и гарантий ядерных материалов (июнь 2000 г.). «Сводное руководство по лицензиям на материалы: Руководство для конкретной программы по лицензиям на каротаж, трассеры и полевые исследования паводков (NUREG-1556, том 14)». Комиссия по ядерному регулированию США. Получено 19 апреля 2012. маркированный песок ГРП ... СК-46, Бр-82, Аг-110м, Сб-124, Ир-192CS1 maint: несколько имен: список авторов (связь)