Содержание
- Устойчивый к раздавливанию песок для нефтяных и газовых скважин
- Как используется песок ГРП?
- ГРП Песок как «Проппант»
- Какой тип песка?
- Завод по переработке песка ГРП
- Где добывается и используется песок ГРП?
- ГРП Песок Источники и цены
- Спеченные бокситовые проппанты
ГРП песок: Крупным планом вид на трещиноватый песок (справа) и типичный песок аналогичного размера зерна (слева). Обратите внимание на то, что песок для гидроразрыва имеет более однородный размер зерна, хорошо округленные формы зерен и однородный состав. Это также очень прочный материал, способный противостоять усилию сжатия до нескольких тонн на квадратный дюйм. Зерна на этом изображении имеют размер около 0,50 миллиметра.
Добыча ГРП: Эта диаграмма иллюстрирует впечатляющий рост добычи трещинного песка в Соединенных Штатах. Данные из Геологической службы Соединенных Штатов Америки, 2005-2015 гг.
Устойчивый к раздавливанию песок для нефтяных и газовых скважин
«Песок ГРП» - это кварцевый песок высокой чистоты с очень прочными и очень круглыми зернами. Это устойчивый к раздавливанию материал, предназначенный для использования в нефтяной промышленности. Он используется в процессе гидравлического разрыва пласта (известного как «фрекинг») для получения нефтяных флюидов, таких как нефть, природный газ и жидкости из природного газа, из горных пород, которым не хватает места в порах для того, чтобы эти жидкости могли течь в скважину. Большая часть трещиноватого песка - это натуральный материал, изготовленный из песчаника высокой чистоты. Альтернативным продуктом являются керамические шарики из спеченного боксита или мелкие металлические шарики из алюминия.
Спрос на фракционный песок резко возрос в последние несколько лет, так как тысячи нефтяных и газовых скважин стимулируются с помощью процесса гидравлического разрыва пласта. (См. Диаграмму добычи.) Для гидроразрыва пласта на одной скважине может потребоваться несколько тысяч тонн песка. Этот всплеск специализированного бурения привел к тому, что за очень короткое время возникла индустрия фракционного песка на миллиард долларов. В период с 2005 по 2015 год количество фракционного песка, используемого нефтегазовой промышленностью, резко возросло.
ГРП песочное видео: Видео от US Silica, демонстрирующее характеристики высококачественного фракционного песка.
Как используется песок ГРП?
Некоторые подземные горные породы, такие как органический сланец, содержат большое количество нефти, природного газа или жидкостей природного газа, которые не будут свободно течь в скважину. Они не будут течь в скважину, потому что породу породы не хватает проницаемости (взаимосвязанные поровые пространства) или поровые пространства в породе настолько малы, что эти флюиды не могут течь через них.
Процесс гидравлического разрыва решает эту проблему путем образования трещин в породе. Это делается путем бурения скважины в породе, герметизации части скважины в нефтеносной зоне и закачки воды под высоким давлением в эту часть скважины. Эта вода обычно обрабатывается химическими веществами и загустителями, такими как гуаровая смола, для создания вязкого геля. Этот гель облегчает способность воды переносить зерна песка в виде взвеси.
Большие насосы на поверхности Земли увеличивают давление воды в герметичной части скважины до тех пор, пока оно не станет достаточно высоким, чтобы превысить точку разрушения окружающих пород. Когда их предел прочности достигнут, они внезапно разрушаются, и вода быстро устремляется в трещины, раздувая их и расширяя их глубже в скале. Миллиарды песчинок проникают глубоко в трещины от этого внезапного прилива воды. Для стимуляции одной скважины может потребоваться несколько тысяч тонн песка.
ГРП песочное видео: Видео от US Silica, демонстрирующее характеристики высококачественного фракционного песка.
Гидроразрыв: Упрощенная схема скважины на природном газе, которая была построена с помощью горизонтального бурения для увеличения длины проникновения через сланец Марцелла. Гидравлический разрыв пласта обычно проводится в горизонтальной части скважины, чтобы стимулировать поток газа из сланца. Эта конфигурация скважины используется в сланцевых играх Соединенных Штатов.
ГРП Песок как «Проппант»
Когда насосы выключены, трещины сдавливаются, но не закрываются полностью - потому что они подпираются миллиардами зерен песка. Это происходит только в том случае, если в горную породу было доставлено достаточно песка, чтобы противостоять силе замыкающих трещин.
Новые трещины в породе, подпираемые прочными песчаными зернами, образуют сеть порового пространства, которая позволяет нефтяным флюидам вытекать из породы в скважину. Песок ГРП известен как «проппант», потому что он подпирает открытые трещины.
Другие материалы, которые использовались в качестве проппанта, включают керамические шарики, алюминиевые шарики и спеченный боксит. Песок ГРП, как правило, обеспечивает высочайший уровень производительности, и в настоящее время он является проппантом, наиболее часто используемым в нефтяной промышленности.
Карта Джордана Песчаника: Многие из каменных блоков, которые в настоящее время добываются для разрыва песка, также являются водоносными слоями. Это делает публикации по исследованию подземных вод, такие как серия атласа подземных вод Геологической службы США, ценными поисковыми документами для определения наличия, толщины и структуры песчаниковых породных единиц.Эта карта взята из Атласа подземных вод США для штатов Айова, Мичиган, Миннесота и Висконсин. Он показывает географическую протяженность и толщину Иорданского песчаника в Миннесоте и Айове. Подобные карты были опубликованы в этой серии для других песчаниковых скал и других географических областей.
Какой тип песка?
Пропанты для нефтяной промышленности должны соответствовать очень высоким требованиям. Характеристики высококачественного фракционного песка включают в себя:
- высокочистый кварцевый песок
- размер зерна идеально соответствует требованиям работы
- сферическая форма, позволяющая переносить его в жидкости гидроразрыва с минимальной турбулентностью
- прочность противостоять разрушающим силам закрывающих трещин
Фракционный песок производится в диапазоне размеров от всего 0,1 миллиметра в диаметре до более 2 миллиметров в диаметре в зависимости от технических требований заказчика. Большая часть потребляемого песка составляет от 0,4 до 0,8 мм.
Горные породы, такие как Песчаник Св. Петра, Иорданский Песчаник, Нефтяной Ручей Песчаник и Гикори Песчаник, были потенциальными источниками материала ГРП. Эти горные породы состоят из кварцевых зерен, которые прошли через многочисленные циклы выветривания и эрозии. За эту долгую историю были удалены почти все минеральные зерна, кроме кварца, и были получены зерна с очень круглыми формами. Вот почему песок, извлеченный из рек, выкопанный с террас или удаленный с пляжей, вряд ли даст хороший продукт.
Там, где производятся эти каменные элементы, они обычно мягкие, плохо цементированные и иногда слегка выветренные. Это позволяет их выкапывать и измельчать с минимальным повреждением кварцевых зерен. Песок высокой чистоты из таких областей, как Аппалачи, часто не пригоден для разрыва песка, поскольку он подвергался воздействию тектонических сил, которые деформировали скалу и ослабили песчинки.
Песчаный рудник ГРП в Висконсине: Вид с воздуха на добычу нефти ГРП в Висконсине. ГРП песок является узкоспециализированным продуктом, который может быть получен только из небольшого количества месторождений песка.
Завод по переработке песка ГРП: Аэрофотоснимок ГРП в Висконсине.
Завод по переработке песка ГРП
ГРП песок не используется прямо с земли. Требуется обработка для оптимизации его производительности. После добычи его доставляют на перерабатывающий завод. Там его моют, чтобы удалить мелкие частицы.
После стирки песок укладывается в кучи, чтобы позволить воде для стирки стечь. Эта операция выполняется на открытом воздухе и ограничена временем года, когда температура выше нуля. После слива песка его помещают в воздушную сушилку для удаления всей влаги. Сухие зерна затем просеивают, чтобы получить фракции определенного размера для разных клиентов.
Песок, который не подходит для фракционирования, отделяется и продается для других целей. Некоторый фракционный песок может быть покрыт смолой для улучшения его характеристик в процессе фракционирования. Этот материал будет продаваться как продукт премиум-класса. После обработки большая часть песка загружается непосредственно в вагоны для доставки по железной дороге.
Некоторые перерабатывающие заводы расположены на руднике. Тем не менее, перерабатывающие заводы очень дороги в строительстве и иногда используются несколькими шахтами. Они расположены в центре нескольких шахт, и песок доставляется грузовиком, поездом или конвейером.
Где добывается и используется песок ГРП?
Несколько лет назад производители в Висконсине и Техасе поставляли большую часть фракционного песка, используемого нефтегазовой промышленностью. Однако огромный всплеск спроса, вызванный бумом на природный газ и сланцевую нефть, побудил многие компании предоставить этот продукт. Многие из этих компаний находятся в центральной части Соединенных Штатов, где песчаник Святого Петра и аналогичные скальные объекты находятся близко к поверхности и легко выкапываются. Эти области также являются местом, где тектонические силы не вызвали серьезного свертывания каменных блоков и ослабили песчинки. Основная область находится в средних западных штатах (Иллинойс, Индиана, Айова, Канзас, Кентукки, Миннесота, Мичиган, Миссури, Небраска и Висконсин).
Большинство кварцевых песков высокой чистоты в Соединенных Штатах известны в течение десятилетий. Они были использованы для производства стекла и металлургии. В настоящее время поиски трещиноватых песков не сводятся к «открытию новых источников песка», а скорее к определению, какие источники производят превосходные материалы.
ГРП-песок используется для добычи природного газа, газовых жидкостей и нефти из сланцев и других плотных пород, где требуется гидроразрыв пласта. К ним относятся: сланец Марцелл, сланец Ютика, баккенская свита, сланец Хейнсвилль, сланец Фейетвилл, сланец Игл Форд, сланец Барнетт и многие другие сланцевые игры по всей территории Соединенных Штатов.
Святой Петр Песчаник: Фотография песчаника Св. Петра, покрытого доломитом Иоахима, сделанная недалеко от Тихого океана, штат Миссури. Общественное достояние изображение от Kbh3rd.
ГРП Песок Источники и цены
Спрос на ГРП в Северной Америке резко возрос в последние несколько лет в связи с многочисленными сланцевыми залежами, развивающимися во многих частях Соединенных Штатов и Канады. Геологическая служба США сообщает об источнике этой продукции:
Ордовикский песчаник Св. Петра на Среднем Западе является основным источником кварцевого песка для многих конечных применений, а также основным источником песка для гидроразрыва. Добываемый в пяти штатах, фракционный песок из песчаника Святого Петра находится на разумном транспортном расстоянии от многочисленных подземных сланцевых образований, добывающих природный газ.В 2011 году на Среднем Западе было добыто 59% песка.
В 2010 году средние цены на фракционный песок в США в Геологическом обзоре полезных ископаемых США составляли от 45 до 50 долларов за тонну. В 2011 году средняя цена выросла до 54,83 доллара. Это значительно выше, чем средняя цена 35 долларов за тонну специального песка, продаваемого за пределами строительной отрасли.
Спеченные бокситовые проппанты
Порошкообразный боксит можно расплавить в крошечные шарики при очень высоких температурах. Эти шарики имеют очень высокое сопротивление раздавливанию, что делает их пригодными для использования в качестве расклинивающего наполнителя. Удельный вес шариков и их размер можно сопоставить с вязкостью жидкости гидравлического разрыва и с размером разломов, которые, как ожидается, будут развиваться в породе. Производимые расклинивающие наполнители обеспечивают широкий выбор размера зерна и удельного веса по сравнению с натуральным расклинивающим наполнителем, известным как песок для гидроразрыва. Песок ГРП в настоящее время используется вместо изготовленных проппантов, потому что он имеет преимущество в стоимости и транспортировке.