Зміст
- Пісок стійкий до роздрібнення для нафтових і газових свердловин
- Як застосовується пісок Frac?
- Frac Sand як "Proppant"
- Який тип піску?
- Заводи з переробки піску Frac
- Де виробляється та використовується пісок Frac?
- Джерела та ціни Frac Sand
- Спечені бокситові проппанти
Дрібний пісок: Вид крупним планом з дробового піску (праворуч) та типового піску аналогічного розміру зерна (зліва). Зауважте, як пісок дробу має більш рівномірний розмір зерна, добре округлені форми зерна та рівномірний склад. Це також дуже жорсткий матеріал, який може протистояти силам стиску до кількох тонн на квадратний дюйм. Зерна на цьому зображенні мають розмір близько 0,50 міліметра.
Виробництво піску з дробу: Ця діаграма ілюструє вражаюче зростання виробництва дрібнозернистого піску в США. Дані з щорічників Геологічного обстеження мінералів США, 2005-2015 роки.
Пісок стійкий до роздрібнення для нафтових і газових свердловин
"Frac sand" - це високочистий кварцовий пісок з дуже міцними і дуже круглими зернами. Це стійкий до руйнування матеріал, який виробляється для використання у нафтовій промисловості. Він використовується в процесі гідравлічного розриву (відомий як "fracking") для отримання нафтових рідин, таких як нафта, природний газ і природні газові рідини з гірських агрегатів, яким не вистачає достатнього простору для подачі рідин у свердловину. Більшість фракційного піску - це природний матеріал, виготовлений з піщаника високої чистоти. Альтернативним виробом є керамічні намистини з спеченого бокситу або невеликі металеві намистини з алюмінію.
За останні кілька років попит на фракційний пісок вибухнув, коли тисячі нафтових та природних газових свердловин стимулюються за допомогою процесу гідравлічного розриву. (Див. Схему видобутку.) Для роботи на гідророзриві на одній свердловині може знадобитися кілька тисяч тонн піску. Цей сплеск спеціалізованого буріння за дуже короткий час створив галузь піску на мільярд доларів. У період з 2005 по 2015 рр. Кількість фракційного піску, який використовується нафтогазовою промисловістю, різко зросла.
Відео з дробовим піском: Відео американського кремнезему, що демонструє характеристики високоякісного дрібового піску.
Як застосовується пісок Frac?
Деякі підземні гірські породи, такі як органічні сланці, містять велику кількість нафти, природного газу або природного газу, що не буде вільно стікати до свердловини. Вони не будуть протікати до свердловини, тому що скельній одиниці або не вистачає проникності (взаємопов’язані між собою порові простори) або порові простори в гірській породі настільки малі, що ці рідини не можуть протікати через них.
Процес гідравлічного розриву вирішує цю проблему, утворюючи руйнування в гірській породі. Це робиться шляхом буріння свердловини в скелі, герметизації частини свердловини в нафтоносній зоні та закачування води під високим тиском в цю частину свердловини. Ця вода, як правило, обробляється хімікатами та загусниками, такими як гуарова гумка для створення в'язкого гелю. Цей гель полегшує здатність води переносити зерна дрібного піску в суспензії.
Великі насоси на поверхні Землі підвищують тиск води в герметичній частині свердловини, поки вона не буде достатньо високою, щоб перевищити точку зламу навколишніх гірських порід. Коли досягається точка їх розриву, вони раптово руйнуються, і вода швидко рветься в тріщини, надуваючи їх і поширюючи їх глибше в скелю. Цей раптовий прилив води мільярди піщаних зерен переносяться глибоко в тріщини. Для стимуляції однієї свердловини може знадобитися кілька тисяч тонн дрібного піску.
Відео з дробовим піском: Відео американського кремнезему, що демонструє характеристики високоякісного дрібового піску.
Гідравлічний розрив: Спрощена схема свердловини для природного газу, яка була побудована з горизонтальним бурінням для збільшення тривалості проникнення через сланці Марцеллуса. Гідравлічний розрив зазвичай виконується в горизонтальній частині свердловини для стимулювання надходження газу зі сланця. Ця конфігурація колодязя використовується в сланцевих п’єсах США.
Frac Sand як "Proppant"
Коли насоси вимкнені, переломи спалюються, але не закриваються повністю - тому що вони відкриваються мільярдами зерен фракційного піску. Це відбувається лише в тому випадку, якщо в породу було доставлено достатньо зерна піску, щоб протистояти силі тріщин, що закриваються.
Нові тріщини в скелі, відкриті міцними піщаними зернами, утворюють мережу порового простору, що дозволяє нафтовим рідинам витікати зі скелі і в свердловину. Пісок з дробом відомий як "проппант", оскільки він підтримує переломи відкритими.
Інші матеріали, які використовувались як проппант, включають керамічні намистини, алюмінієві намистини та спечений боксит. Дрібний пісок, як правило, забезпечує найвищий рівень продуктивності, і в даний час він є проппантом, який найбільш часто використовується нафтовою промисловістю.
Карта Йорданських пісковиків: Багато скельних одиниць, які зараз видобуваються для дробового піску, також є водоносними пластами. Це робить публікації досліджень підземних вод, такі як серія атласу підземних вод Геологічної служби США, цінними розвідувальними документами для визначення наявності, товщини та структури пісковикових одиниць гірських порід.Ця карта з атласу ґрунтових вод США для Айови, Мічигану, Міннесоти та Вісконсина. Він показує географічний масштаб та товщину Йорданських пісковиків у штаті Міннесота та Айова. У цій серії були опубліковані подібні карти для інших пісковиків та інших географічних районів.
Який тип піску?
Проппанти нафтової промисловості повинні відповідати дуже вимогливим специфікаціям. Характеристики високоякісного фракційного піску включають:
- високоочищений кремнеземний пісок
- розмір зерна ідеально відповідає вимогам роботи
- сферична форма, що дозволяє переносити її в рідину гідравлічного розриву з мінімальною турбулентністю
- довговічність протистояти силам руйнування закриваючих переломів
Дрібний пісок випускається в діапазоні розмірів від 0,1 міліметра до діаметра понад 2 міліметра в залежності від специфікацій замовника. Більша частина споживаного дробу піску має розмір від 0,4 до 0,8 міліметрів.
Породні підрозділи, такі як пітерський камень Св. Петра, піщаник Йордану, піщаник Олійного Крику та пісковик Хікорі, були потенційними джерелами матеріалу піску фрак. Ці гірські породи складаються з кварцових зерен, які пройшли через багато циклів вивітрювання та ерозії. Ця довга історія вилучила майже всі мінеральні зерна, крім кварцу, і отримала зерна дуже круглої форми. Ось чому пісок, виритий з річок, викопаний з терас або вивезений з пляжів, навряд чи дасть хороший продукт.
Там, де виробляються ці гірські породи, вони, як правило, м'які, погано цементовані та іноді злегка витримані. Це дозволяє викопати їх і подрібнити при мінімальній шкоді зернам кварцу. Пісок високої чистоти з таких областей, як Аппалачі, часто не підходить для фракційного піску, оскільки він зазнав тектонічних сил, які деформували скелю і послабили піщані зерна.
Шахта піску Frac у Вісконсині: Пташиного польоту операції з видобутку піску з дробом у Вісконсині. Фракційний пісок - це високоспеціалізований продукт, який можна отримати лише з невеликої кількості піщаних родовищ.
Установка для переробки піску Frac: Пташиного польоту об'єкта з переробки піску frac у Вісконсині.
Заводи з переробки піску Frac
Дрібний пісок не використовується прямо з землі. Для оптимізації його роботи потрібна обробка. Після видобутку його доставляють на переробний завод. Там його промивають, щоб видалити дрібні частинки.
Після промивання пісок укладають у палі, щоб вода для промивання стікала. Ця операція проводиться на відкритому повітрі і обмежується часом року, коли температура вище замерзання. Після того, як пісок буде осушений, його поміщають в повітряну сушарку, щоб видалити всю вологу. Потім сухі зерна обстежують, щоб отримати фракції певного розміру для різних споживачів.
Пісок, який не підходить для дроблення, відокремлюється та продається для інших цілей. Деякі фракційні піски можуть бути покриті смолою, щоб поліпшити його продуктивність при операції з фрагментації. Цей матеріал буде продаватися як продукт преміум класу. Після обробки більша частина піску завантажується безпосередньо у вагони поїзда для доставки залізницями.
Деякі переробні заводи розташовані на шахті. Однак переробні заводи дуже дорого побудувати, і їх часом поділяють кілька шахт. Вони розташовані в центрі до декількох шахт, пісок доставляється вантажівкою, поїздом або транспортером.
Де виробляється та використовується пісок Frac?
Кілька років тому виробники у Вісконсині та Техасі постачали велику частину піску, що використовується у нафтовій та газовій промисловості. Однак величезний стрибок попиту, спричинений бумом природного газу та сланцевої нафти, мотивував багато компаній забезпечити цей продукт. Багато з цих компаній знаходяться в центральній частині Сполучених Штатів, де Сент-Пітер Пісковик та подібні скельні установки розташовані близько до поверхні та легко викопуються. Ці райони також знаходяться там, де тектонічні сили не спричинили сильного складання гірських одиниць і послабили зерна піску. Найвища область знаходиться в середньозахідних штатах (Іллінойс, Індіана, Айова, Канзас, Кентуккі, Міннесота, Мічиган, Міссурі, Небраска та Вісконсін).
Більшість пісків високоочищеного кремнезему в США відомі десятиліттями. Їх використовували для виготовлення скла та металургійного призначення. Нинішній пошук піску з фракцією - це не про "відкриття нових джерел піску", а про те, щоб визначити, які джерела дають чудові матеріали.
Дрібний пісок використовується для отримання природного газу, природних газових рідин та нафти зі сланців та інших щільних гірських порід, де потрібен гідравлічний розрив. Сюди входять: Сланце Марцеллус, Ютіка Шейл, Формування Бакен, Хайнсвілль Шейл, Скелет Файетвілла, Форд Шейл Ігл, Барнетт Шейл та багато інших сланцевих п'єс по всій території США.
Святий Пітер Пісковик: Фото пісковика Святого Петра, закріпленого Йоахімом Доломітом, зробленим біля Тихого океану, штат Міссурі. Зображення в публічному доступі від Kbh3rd.
Джерела та ціни Frac Sand
Попит на піщаний дріб'як у Північній Америці за останні кілька років різко зріс у відповідь на численні гри на сланцях, що розвиваються у багатьох районах США та Канади. Геологічна служба США повідомляє про джерело цього виробництва:
Ордовик Святого Петра Пісковик на Середньому Заході є первинним джерелом кремнеземного піску для багатьох цілей використання і є головним джерелом дробовикового піску. Видобутий у п'яти штатах, піщаний фрак з пісковика Св. Петра знаходиться в межах розумної транспортної відстані до численних підземних сланцевих утворень, що виробляють природний газ.У 2011 році на Середньому Заході було вироблено 59% дробового піску.
Середні ціни на пісок із фракцією у щорічному американському щорічнику мінеральних геологічних вишуків складали від 45 доларів за тонну до 50 доларів за тонну в 2010 році. У 2011 році середня ціна зросла до 54,83 долара. Це значно вище, ніж середня ціна 35 доларів за тонну спеціального піску, що продається за межами будівельної галузі.
Спечені бокситові проппанти
Порошковий боксит можна зливати в крихітні намистини при дуже високій температурі. Ці намистини мають дуже високу стійкість до розчавлення, що робить їх придатними для використання в якості проппанта. Питома вага бісеру та їх розміри можуть бути узгоджені з в'язкістю рідини для гідравлічного розриву та розміром тріщин, які, як очікується, утвориться в породі. Виготовлені проппанти забезпечують широкий вибір розміру зерна та питомої ваги порівняно з натуральним проппантом, відомим як дробовий пісок. В даний час замість виготовлених проппантів використовується фракційний пісок, оскільки він має перевагу у вартості та транспорті.