Kretanje propanta u kućištu frac-a je zakucano, ali koliko je to stvarno važno za bušotine iz škriljevca?

Propant se sastoji od čestica veličine pijeska ubrizganih s frakcijskom tekućinom tijekom operacije frakiranja. U bušotinama nafte i plina iz škriljevca, frakcijska tekućina je obično voda s dodanim reduktorom trenja (poput sapuna) kako bi se smanjio tlak pumpanja frakture. Svrha propanta je spriječiti zatvaranje izazvanih lomova u ležištu nakon što fracking prestane i povišeni tlak nestane.

U bušotinama nafte i plina iz škriljevca, propant koji se koristi je mješavina pijeska od 100 mesh i pijeska od 40-70 mesh, a oba su zrna manja od milimetra u prečniku. Takve male veličine čestica pijeska potrebne su za prijenos pijeska kroz uske pukotine u mreži loma stvorenoj operacijom frakiranja. Veći pijesak začepio bi mrežu i ne bi se mogao injektirati - to se pokazalo u ranim danima revolucije škriljevca.

Obično su horizontalne bušotine u škriljevcu duge dvije milje i crpe se s 40 zasebnih operacija ili faza frakiranja. Svaka faza je duga otprilike 250 stopa, a metalno kućište sadrži 10-20 skupina perforacija, s nekoliko perforacija u svakoj skupini. U idealnom slučaju, horizontalna bušotina je temeljito perforirana ovim rupama.

Put protoka zrna propanta je nedostižan. Prvo se zrno mora zavojiti pod pravim kutom kako bi iz strujanja duž kućišta došlo do perforacije. Zatim se suočava sa složenom geometrijom prijeloma - možda glavnim prijelomom koji se grana u pomoćne prijelome, kao što se deblo širi u grane, a zatim u grančice.

Hoće li propantno zrno moći ući u sve te lomove ili su neke od njih preuske? Zrno pijeska od 100 mesh može se moći stisnuti u uži prijelom kada zrno od 40-70 ne može.

Poboljšanje proizvodnje nafte i plina korištenjem propanta s veličinom zrna manjom od 100-mesh je dokumentirano, te sugerira da se isplati čak i sićušna zrnca propanta staviti u manje pukotine kako bi ih održala otvorena za protok molekula nafte ili plina. Jedan takav propant zove se DEEPROP.

Novi testovi istjecanja propanta iz kućišta.

U posljednje vrijeme neki novi testovi učinjeno je da se istražuje protok propanat kroz samo kućište, što znači kratku duljinu vodoravnog kućišta koje je perforirano kako bi ispustila frakcijska tekućina. To nije podzemni test - cjevovod leži na kadi na površini, a kada skuplja propant i tekućinu koja izlazi iz perforacija.

Veliki broj operatera podržao je ovaj projekt u kojem su korišteni različiti perf klasteri s različitim perforacijskim nabojima, dizajnom i orijentacijama. Proučavane su različite brzine crpljenja, veličine propanta i kvaliteta pijeska.

Testiranje hardvera bilo je što je moguće realnije. Kućište je bilo standardno od 5.5 inča kao i promjeri perforacije. Brzine pumpe bile su čak 90 bpm (barela u minuti), što nikada prije nije korišteno u ispitivanju gibanja propanta.

Ispitana je jedna faza loma, perforacijom različitih nakupina duž cijevi duljine oko 200 stopa. Svaki perf cluster imao je vlastiti omotač koji je usmjeravao uhvaćenu tekućinu i propant u vlastiti spremnik, tako da su se mogli izmjeriti.

Rezultati su predstavljeni za dva različita skupa klastera: 8 klastera u fazi sa 6 perfova u svakom klasteru ili 13 klastera u fazi s 3 perf-a u svakom klasteru. Testeri su koristili pijesak od 40-70 mesh ili pijesak od 100 mesh nošen glatkim vodenim fluidom koji se pumpa brzinom od 90 bpm.

Ovi SPE dokumenti izvještavaju da je propant koji izlazi kroz perf klastere i ulazi u kade neravnomjeran:

· Neki propantni artikli, posebno veće veličine oka poput 40-70 mesh, plove pored prvih perforacija klastera i ne ulaze u formaciju sve do dalje na toj fazi. Ove veće čestice imaju veći zamah.

· Manje čestice propanta, poput 100-mesh, ravnomjernije ulaze u perforacije klastera.

· Ograničeni dizajni ulaza razvijeni su korištenjem samo jedne perforacije po skupini na vrhu kućišta.

· Osobito za veći propant, perforacije na dnu omotača privlače previše propanta (učinak gravitacije) i mogu se povećati erozijom, tako da manje propanta dospijeva u klasterske perforacije dalje duž faze frakiranja.

Izlaz propanta iz omotača je neravnomjeran.

Svi testovi su otkrili neravnomjernu raspodjelu izlaznog propanta. Tablica prikazuje omjer najvećeg propanta koji izlazi iz klastera: najmanjeg propanta koji izlazi iz klastera (tj. maksimalni propant: minimalni propant), kao i drugi najveći propant: drugi najniži propant. Ovi omjeri predstavljaju zamjenu za neravnomjernost - veći omjer znači neravnomjerniju distribuciju, i obrnuto.

Rezultati pokazuju da je propant od 40-70 mesh (veći omjeri) manje ravnomjerno raspoređen od propanta od 100 mesh (niži omjeri) – u oba scenarija klastera.

Tumačenje koje su dali izvještaji je da se više propanta 40-70, budući da su veća i teža zrna pijeska, svojim zamahom nosi preko ranijih perf klastera prije nego što izađe u kasnije perf klastere, u usporedbi s propantom od 100 mesh .

Ovo nije tako idealno jer je cilj da se propant ravnomjerno rasporedi po svim skupinama perforacija u jednoj fazi frackinga. Ali sada na veliko pitanje kolika je to razlika?

Izazov je optimizirati postupke tako da izlazne distribucije propanta budu ujednačenije. Iz izvješća, rezultati ispitivanja ugrađeni su u računski model dinamike fluida (SPE 209178). Ovaj pristup ugrađen je u savjetodavni program za frakturiranje, nazvan StageCoach.

U međuvremenu, u izvješćima se navodi da "neujednačen protok propanta u kućištu može biti jednako važan kao i varijabilnost formacije i sjenčanje naprezanja." Pogledajmo ovo dublje.

Ostali izvori varijabilnosti proizvodnje iz škriljevca.

Pravo je pitanje koliko je neravnomjerna raspodjela propanta važna za proizvodnju nafte i plina iz škriljevca?

Velika varijabilnost bušotina nafte i plina iz škriljevca je dokumentirano. Na primjer, horizontalne bušotine u škriljevcu Barnett tipične duljine 4000-5000 stopa pokazuju da donjih 10% bušotina proizvodi manje od 600 Mcfd, dok gornjih 10% bušotina čini više od 3,900 Mcfd.

Poznato je da nekoliko drugih čimbenika pridonosi velikoj varijabilnosti protoka nafte ili plina iz škriljevca.

Ako se horizontalna duljina bušotine i orijentacija bušotine normaliziraju kako bi se uklonila njihova varijabilnost, tada se stupnjevi loma, veličina propanta i količine propanta mogu smatrati učincima prvog reda. Ovi učinci prvog reda su dati prioritet i optimizirani u zrelijim igrama iz škriljevca.

Zatim tu su geološka svojstva kao što su prirodni lomovi u škriljevcu, naprezanje na licu mjesta i lomljivost stijene škriljevca. Oni se smatraju efektima drugog reda jer ih je mnogo teže kvantificirati. Napori da se ti izvori varijabilnosti minimiziraju uključuju snimanje horizontalne bušotine, ugradnju optičkog kabela ili zvučnih instrumenata ili mikroseizmičkih geofona za mjerenje širenja pukotina i interakciju s lokalnom geologijom duž horizontalne bušotine.

Nasuprot ovim izvorima varijabilnosti, distribucija izlaza iz cijevi i ujednačenost propanta čini se od usporedive važnosti s drugim učincima drugog reda kao što su geologija i promjene naprezanja duž horizontalne bušotine. Ne postoji način da uniformnost izlaza iz cijevi može objasniti varijabilnost proizvodnje između 600 Mcfd i 3,900 Mcfd kao što je uočeno u Barnett Shaleu.

Da to kažem na drugi način, kritična stvar je da propant izađe iz većine perf klastera u stvorene frakture. To je postignuto pumpanjem vrlo malog propanta, 100-mesh ili 40-70 mesh (i često oboje) i optimiziranjem koncentracije propanta i količina za određeni prostor iz škriljevca.

To je 90% cilja koji je postignut uz izuzetan uspjeh u revoluciji škriljaca u posljednjih 20 godina. Stoga je iz novih površinskih testova teško vidjeti da bi manja varijabilnost u izlazima propanta iz jedne u drugu grupu perforacija mogla imati učinak prvog reda na proizvodnju nafte ili plina.

Ali možda će rezultati drugih ispitivanja, drugačijih ispitivanja, u ovom projektu otkriti značajnije učinke na proizvodnju škriljevca.