Το Proppant Movement στο περίβλημα Frac έχει καρφωθεί, αλλά πόσο σημαντικό είναι πραγματικά για τα πηγάδια σχιστόλιθου;

Το Proppant αποτελείται από σωματίδια μεγέθους άμμου που εγχέονται με ρευστό frac κατά τη διάρκεια μιας λειτουργίας fracking. Σε φρεάτια σχιστολιθικού πετρελαίου και αερίου, το ρευστό frac είναι συνήθως νερό με κάποιο μειωτήρα τριβής (όπως το σαπούνι) που προστίθεται για να μειωθεί η πίεση άντλησης frac. Ο σκοπός του υποστηρίγματος είναι να σταματήσει τα επαγόμενα κατάγματα στη δεξαμενή να κλείνουν μετά τη διακοπή του fracking και η αυξημένη πίεση εξασθενεί.

Σε φρεάτια σχιστολιθικού πετρελαίου και σχιστολιθικού αερίου, το υποστηρικτικό που χρησιμοποιείται είναι ένα μείγμα άμμου 100 mesh και άμμου 40-70 mesh, και αυτοί οι κόκκοι είναι και οι δύο μικρότεροι από ένα χιλιοστό πλάτος. Τέτοια μικρά μεγέθη σωματιδίων άμμου είναι απαραίτητα για τη μεταφορά της άμμου μέσω στενών ρωγμών σε ένα δίκτυο θραύσης που δημιουργείται από τη λειτουργία σπασίματος. Μεγαλύτερη άμμος θα έπλεε το δίκτυο και δεν θα ήταν ενέσιμη – αυτό ανακαλύφθηκε στις πρώτες μέρες της επανάστασης του σχιστόλιθου.

Τυπικά, τα οριζόντια φρεάτια σε σχιστόλιθο έχουν μήκος δύο μίλια και αντλούνται με 40 ξεχωριστές εργασίες ή στάδια σπασίματος. Κάθε στάδιο έχει μήκος περίπου 250 πόδια και το μεταλλικό περίβλημα περιέχει 10-20 ομάδες διατρήσεων, με αρκετές διατρήσεις σε κάθε σύμπλεγμα. Στην ιδανική περίπτωση, το οριζόντιο φρεάτιο είναι καλά διάτρητο με αυτές τις τρύπες.

Η διαδρομή ροής ενός υποστηρικτικού κόκκου είναι αόριστη. Πρώτα ο κόκκος πρέπει να κάνει μια κάμψη ορθής γωνίας για να φτάσει από τη ροή κατά μήκος του περιβλήματος σε μια διάτρηση. Στη συνέχεια, αντιμετωπίζει μια περίπλοκη γεωμετρία θραύσης - ίσως ένα κύριο κάταγμα που διακλαδίζεται σε δευτερεύοντα κατάγματα, όπως ένας κορμός δέντρου απλώνεται σε κλαδιά και μετά σε κλαδιά.

Θα μπορέσει ο υποστηρικτικός κόκκος να εισέλθει σε όλα αυτά τα κατάγματα ή μερικά από αυτά είναι πολύ στενά; Ένας κόκκος άμμου 100 mesh μπορεί να είναι σε θέση να συμπιεστεί σε ένα στενότερο κάταγμα όταν ένας κόκκος 40-70 δεν μπορεί.

Βελτίωση στην παραγωγή πετρελαίου και φυσικού αερίου με τη χρήση υποστηρικτικών με μέγεθος κόκκου μικρότερο από 100 mesh έχει τεκμηριωθεί, και προτείνει ότι αξίζει τον κόπο να μεταφέρουμε ακόμη και μικροσκοπικούς κόκκους υποστηρικτικού υλικού σε μικρότερα κατάγματα για να τους κρατήσουμε ανοιχτούς στη ροή μορίων πετρελαίου ή αερίου. Ένα τέτοιο υποστηρικτικό ονομάζεται DEEPROP.

Νέες δοκιμές ροής υποστηρικτικού υλικού έξω από το περίβλημα.

Πρόσφατα μερικά νέες δοκιμές έχουν γίνει που διερευνούν τα ροή προπανίουt μέσα από το ίδιο το περίβλημα, που σημαίνει ένα μικρό μήκος οριζόντιου περιβλήματος που έχει τρυπηθεί για να αφήσει το υγρό frac έξω. Δεν είναι μια υπόγεια δοκιμή - οι σωληνώσεις βρίσκονται σε μια μπανιέρα στην επιφάνεια και η μπανιέρα συλλέγει υποστηρικτικό και υγρό που εξέρχεται από τις διατρήσεις.

Ένας μεγάλος αριθμός χειριστών έχει υποστηρίξει αυτό το έργο στο οποίο έχει χρησιμοποιηθεί μια ποικιλία από συμπλέγματα perf με διαφορετικά φορτία διάτρησης, σχέδια και προσανατολισμούς. Έχουν μελετηθεί διαφορετικοί ρυθμοί άντλησης, μεγέθη υποστηρικτικού υλικού και ποιότητα άμμου.

Το υλικό δοκιμής ήταν όσο το δυνατόν πιο ρεαλιστικό. Το περίβλημα ήταν στάνταρ 5.5 ιντσών όπως και οι διάμετροι διάτρησης. Οι ρυθμοί αντλίας ήταν τόσο υψηλοί όσο 90 bpm (βαρέλια ανά λεπτό), που δεν είχαν χρησιμοποιηθεί ποτέ πριν από τη δοκιμή των κινήσεων του υποστηρικτικού υλικού.

Ένα μόνο στάδιο θραύσης δοκιμάστηκε, με διάτρηση διαφορετικών συστάδων κατά μήκος ενός σωλήνα μήκους περίπου 200 ποδιών. Κάθε σύμπλεγμα perf είχε το δικό του σάβανο που κατευθύνει το συλληφθέν υγρό και το στήριγμα στη δική του δεξαμενή, ώστε να μπορούν να μετρηθούν.

Τα αποτελέσματα παρουσιάστηκαν για δύο διαφορετικά σύνολα συμπλεγμάτων: 8 ομάδες σε ένα στάδιο με 6 perfs σε κάθε σύμπλεγμα ή 13 ομάδες σε ένα στάδιο με 3 perfs σε κάθε σύμπλεγμα. Οι δοκιμαστές χρησιμοποίησαν είτε άμμο 40-70 mesh είτε άμμο 100 mesh που μεταφέρεται από κηλίδα υγρού νερού που αντλείται με 90 bpm.

Αυτά τα έγγραφα της SPE αναφέρουν ότι η διαφυγή του υποστηρικτικού μέσου μέσα από τα συμπλέγματα perf και στις μπανιέρες είναι ανομοιόμορφη:

· Ορισμένα υποστηρικτικά είδη, ιδιαίτερα τα μεγαλύτερα μεγέθη ματιών, όπως 40-70 mesh, περνούν από τις πρώτες διατρήσεις του συμπλέγματος και δεν εισέρχονται στον σχηματισμό παρά μόνο σε αυτό το στάδιο. Αυτά τα μεγαλύτερα σωματίδια έχουν περισσότερη ορμή.

· Μικρότερα υποστηρικτικά σωματίδια, όπως 100-mesh, εισέρχονται πιο ομοιόμορφα στις διατρήσεις του συμπλέγματος.

· Έχουν αναπτυχθεί σχέδια περιορισμένης εισόδου χρησιμοποιώντας μόνο μία διάτρηση ανά ομάδα στο επάνω μέρος του περιβλήματος.

· Ιδιαίτερα για μεγαλύτερο υποστηρικτικό υλικό, οι διατρήσεις στο κάτω μέρος του περιβλήματος προσελκύουν πάρα πολύ υποστηρικτικό υλικό (φαινόμενο βαρύτητας) και μπορεί να διευρυνθούν από τη διάβρωση, έτσι ώστε λιγότερο υποστηρικτικό υλικό να φτάσει σε διατρήσεις συστάδας περαιτέρω κατά μήκος του σταδίου του σπασίματος.

Η έξοδος Proppant από το περίβλημα είναι ανομοιόμορφη.

Όλες οι δοκιμές αποκάλυψαν άνιση κατανομή εξόδου υποστηρικτικού υλικού. Ο πίνακας δείχνει την αναλογία του μεγαλύτερου υποστηρικτικού υλικού που εξέρχεται από ένα σύμπλεγμα: του μικρότερου υποστηρικτικού υλικού που εξέρχεται από ένα σύμπλεγμα (δηλαδή του μέγιστου υποστηρικτικού υλικού: του ελάχιστου υποστηρικτικού στοιχείου), καθώς και του δεύτερου μεγαλύτερου υποστηρικτικού υλικού: του δεύτερου χαμηλότερου υποστηρικτικού στοιχείου. Αυτοί οι λόγοι είναι ένας δείκτης για την ανομοιομορφία - ένας μεγαλύτερος λόγος σημαίνει πιο ανομοιόμορφη κατανομή και το αντίστροφο.

Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι το υποστηρικτικό 40-70 mesh (μεγαλύτερες αναλογίες) είναι λιγότερο ομοιόμορφα κατανεμημένο από το υποστηρικτικό 100 mesh (χαμηλότεροι λόγοι) – και στα δύο σενάρια συμπλέγματος.

Η ερμηνεία που δίνεται από τις αναφορές είναι ότι περισσότερα από τα 40-70 υποστηρικτικά, όντας μεγαλύτεροι και βαρύτεροι κόκκοι άμμου, τείνουν να μεταφέρονται από την ορμή τους πέρα ​​από τα προηγούμενα συμπλέγματα perf πριν εξέλθουν στα μεταγενέστερα perf clusters, σε σύγκριση με το proppant των 100 mesh. .

Αυτό δεν είναι τόσο ιδανικό γιατί ο στόχος είναι να κατανεμηθεί το υποστηρικτικό υλικό ομοιόμορφα σε όλα τα συμπλέγματα διάτρησης σε ένα στάδιο σπασίματος. Αλλά τώρα στο μεγάλο ερώτημα πόση διαφορά κάνει αυτό;

Η πρόκληση είναι να βελτιστοποιηθούν οι διαδικασίες έτσι ώστε οι κατανομές εξόδου του υποστηρικτικού υλικού να είναι πιο ομοιόμορφες. Από τις αναφορές, τα αποτελέσματα των δοκιμών έχουν ενσωματωθεί σε ένα υπολογιστικό μοντέλο δυναμικής ρευστών (SPE 209178). Αυτή η προσέγγιση έχει ενσωματωθεί σε ένα συμβουλευτικό πρόγραμμα διάσπασης, που ονομάζεται StageCoach.

Εν τω μεταξύ, οι αναφορές αναφέρουν ότι «η μη ομοιόμορφη ροή του υποστηρικτικού υλικού στο περίβλημα μπορεί να είναι εξίσου σημαντική με τη μεταβλητότητα του σχηματισμού και τη σκίαση της τάσης». Ας το δούμε πιο βαθιά σε αυτό.

Άλλες πηγές μεταβλητότητας παραγωγής σχιστόλιθου.

Το πραγματικό ερώτημα είναι πόσο σημαντική είναι η άνιση κατανομή του υποστηρικτικού υλικού στην παραγωγή σχιστολιθικού πετρελαίου και φυσικού αερίου;

Η μεγάλη μεταβλητότητα των γεωτρήσεων σχιστολιθικού πετρελαίου και φυσικού αερίου έχει τεκμηριωθεί. Για παράδειγμα, τα οριζόντια πηγάδια στον σχιστόλιθο Barnett τυπικού μήκους 4000-5000 πόδια δείχνουν ότι το κατώτατο 10% των φρεατίων κάνει λιγότερο από 600 Mcfd ενώ το ανώτερο 10% των φρεατίων κάνει περισσότερα από 3,900 Mcfd.

Είναι γνωστό ότι αρκετοί άλλοι παράγοντες συμβάλλουν στη μεγάλη μεταβλητότητα των ρυθμών ροής σχιστολιθικού πετρελαίου ή αερίου.

Εάν το μήκος του οριζόντιου φρεατίου και ο προσανατολισμός του φρεατίου κανονικοποιηθούν ώστε να αφαιρεθεί η μεταβλητότητά τους, τότε τα στάδια frac, το μέγεθος υποστηρικτικού και οι ποσότητες υποστηρικτικού μπορεί να θεωρηθούν εφέ πρώτης τάξης. Αυτά τα εφέ πρώτης τάξης έχουν ιεραρχηθεί και βελτιστοποιηθεί σε πιο ώριμα παιχνίδια σχιστόλιθου.

Στη συνέχεια, υπάρχουν γεωλογικές ιδιότητες όπως φυσικά ρωγμές στον σχιστόλιθο, επιτόπια τάση και δυνατότητα θραύσης του σχιστολιθικού πετρώματος. Αυτά θεωρούνται εφέ δεύτερης τάξης επειδή είναι πολύ πιο δύσκολο να ποσοτικοποιηθούν. Οι προσπάθειες για την ελαχιστοποίηση αυτών των πηγών μεταβλητότητας περιλαμβάνουν την καταγραφή του οριζόντιου φρεατίου, την εγκατάσταση οπτικού καλωδίου ή ηχητικών οργάνων ή μικροσεισμικών γεωφώνων για τη μέτρηση της εξάπλωσης ρωγμών και την αλληλεπίδραση με την τοπική γεωλογία κατά μήκος ενός οριζόντιου φρεατίου.

Ενάντια σε αυτές τις πηγές μεταβλητότητας, η κατανομή εξόδου του περιβλήματος και η ομοιομορφία του υποστηρικτικού υλικού φαίνεται συγκρίσιμης σημασίας με άλλα φαινόμενα δεύτερης τάξης όπως η γεωλογία και οι αλλαγές τάσης κατά μήκος ενός οριζόντιου φρεατίου. Δεν υπάρχει περίπτωση η ομοιομορφία εξόδου του περιβλήματος να μπορεί να εξηγήσει τη μεταβλητότητα της παραγωγής μεταξύ 600 Mcfd και 3,900 Mcfd όπως παρατηρείται στο Barnett Shale.

Για να το πούμε αυτό με άλλο τρόπο, το κρίσιμο είναι να βγει το στήριγμα από τα περισσότερα από τα συμπλέγματα perf και στα δημιουργημένα κατάγματα. Αυτό έχει επιτευχθεί με την άντληση πολύ μικρού υποστηρικτικού υλικού, 100 mesh ή 40-70 mesh (και συχνά και τα δύο) και βελτιστοποιώντας τη συγκέντρωση και τις ποσότητες υποστηρικτικού υλικού για ένα συγκεκριμένο παιχνίδι σχιστόλιθου.

Αυτό είναι το 90% του στόχου που έχει επιτευχθεί με αξιοσημείωτη επιτυχία στην επανάσταση του σχιστόλιθου των τελευταίων 20 ετών. Επομένως, είναι δύσκολο να διαπιστωθεί από τις νέες επιφανειακές δοκιμές ότι η μικρή μεταβλητότητα στις εξόδους του υποστηρικτικού υλικού από το ένα σε ένα άλλο σύμπλεγμα διάτρησης θα μπορούσε να έχει μια πρώτης τάξεως επίδραση στην παραγωγή πετρελαίου ή φυσικού αερίου.

Αλλά ίσως τα αποτελέσματα από άλλες δοκιμές, διαφορετικές δοκιμές, σε αυτό το έργο θα αποκαλύψουν πιο σημαντικές επιπτώσεις στην παραγωγή σχιστόλιθου.