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

Propant se sastoji od čestica veličine pijeska ubrizganih s fluidom za frakaciju tokom operacije frakiranja. U bušotinama nafte i gasa iz škriljaca, fluid za frakturu je obično voda sa nekim reduktorom trenja (poput sapuna) koji se dodaje kako bi se smanjio pritisak pumpanja frakture. Svrha propanta je da spriječi zatvaranje izazvanih pukotina u ležištu nakon što fracking prestane i povišeni tlak nestane.

U bušotinama nafte i plina iz škriljaca, propant koji se koristi je mješavina pijeska od 100 mesh i pijeska od 40-70 mesh, a ova zrna su oba manja od milimetra u prečniku. Takve male veličine čestica pijeska su neophodne da bi se pijesak mogao prenositi kroz uske pukotine u mreži pukotina koja je nastala operacijom frakiranja. Veći pijesak bi začepio mrežu i ne bi se mogao injektirati – to se pokazalo u ranim danima revolucije škriljaca.

Obično su horizontalne bušotine u škriljcima dugačke dvije milje i pumpaju se u 40 odvojenih operacija ili faza frakiranja. Svaka faza je duga otprilike 250 stopa, a metalno kućište sadrži 10-20 grupa perforacija, sa nekoliko perforacija u svakoj grupi. U idealnom slučaju, horizontalni bunar je temeljno perforiran ovim rupama.

Putanja protoka zrna propanta je neuhvatljiva. Prvo se zrno mora zavojiti pod pravim uglom kako bi iz tečenja duž kućišta došlo do perforacije. Zatim se suočava sa složenom geometrijom loma - možda glavnim prijelomom koji se grana u pomoćne lomove, kao što se stablo širi na grane, a zatim na grančice.

Hoće li propantno zrno moći ući u sve ove pukotine ili su neke od njih preuske? Zrno peska od 100 mesh može biti u stanju da se stisne u uži prelom kada zrno od 40-70 ne može.

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

Novi testovi istjecanja propanta iz kućišta.

Nedavno neke novi testovi urađeno je da se istražuje protok propanat kroz samo kućište, što znači kratku dužinu horizontalnog kućišta koje je perforirano kako bi se ispustio frakcijski fluid. To nije podzemni test – cevovod leži na kadi na površini i kada sakuplja propant i tečnost koja izlazi iz perforacija.

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

Hardver za testiranje je bio što je moguće realniji. Kućište je bilo standardno od 5.5 inča kao i prečnici perforacije. Brzine pumpe bile su čak 90 bpm (barela u minuti), što nikada prije nije korišteno u testiranju kretanja propanta.

Ispitana je jedna faza lomljenja, perforacijom različitih klastera duž cijevi dužine oko 200 stopa. Svaki perf klaster imao je svoj omotač koji je usmjeravao uhvaćenu tekućinu i propant u vlastiti rezervoar, tako da su mogli biti izmjereni.

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

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

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

· Manje propantne čestice, kao što je 100-mesh, ravnomjernije ulaze u perforacije klastera.

· Ograničeni dizajni ulaza su razvijeni koristeći samo jednu perforaciju po grupi na vrhu kućišta.

· Posebno kod većeg propanta, perforacije na dnu omotača privlače previše propanta (efekat gravitacije) i mogu biti uvećane erozijom, tako da manje propanta dospijeva u klasterske perforacije dalje duž faze frakture.

Izlaz propanta iz omotača je neravnomjeran.

Svi testovi su otkrili neravnomjernu izlaznu distribuciju propanta. Tabela pokazuje odnos 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 dato u izvještajima je da više od 40-70 propanta, budući da su veća i teža zrna pijeska, ima tendenciju da se svojim zamahom nosi preko ranijih perf klastera prije nego što izađe u kasnije perf klastere, u poređenju sa propantom od 100 mesh .

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

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

U međuvremenu, izvještaji navode da “neujednačen protok propanta u kućištu može biti jednako važan kao i varijabilnost formacije i sjenčanje naprezanja”. Pogledajmo dublje u ovo.

Ostali izvori varijabilnosti proizvodnje škriljaca.

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

Velika varijabilnost bušotina nafte i gasa iz škriljaca je dokumentovano. Na primjer, horizontalne bušotine u Barnett škriljcu tipične dužine 4000-5000 stopa pokazuju da donjih 10% bunara proizvodi manje od 600 Mcfd, dok gornjih 10% bušotina daje više od 3,900 Mcfd.

Poznato je da nekoliko drugih faktora doprinosi velikoj varijabilnosti protoka nafte ili gasa iz škriljaca.

Ako se horizontalna dužina bušotine i orijentacija bušotine normaliziraju kako bi se uklonila njihova varijabilnost, tada se faze loma, veličina propanta i količine propanta mogu smatrati efektima prvog reda. Ovi efekti prvog reda su dati prioritet i optimizirani u zrelijim igrama iz škriljaca.

Zatim tu su geološka svojstva kao što su prirodne pukotine u škriljcu, naprezanje na licu mjesta i lomljivost škriljca. Oni se smatraju efektima drugog reda jer ih je mnogo teže kvantificirati. Napori da se minimiziraju ovi izvori varijabilnosti uključuju snimanje horizontalne bušotine, instaliranje optičkog kabla ili zvučnih instrumenata ili mikroseizmičkih geofona za mjerenje širenja pukotina i interakciju s lokalnom geologijom duž horizontalne bušotine.

U odnosu na ove izvore varijabilnosti, distribucija izlaza iz omotača i uniformnost propanta izgleda od sličnog značaja sa drugim efektima drugog reda kao što su geologija i promjene naprezanja duž horizontalne bušotine. Ne postoji način da uniformnost izlaza iz čaure može objasniti varijabilnost proizvodnje između 600 Mcfd i 3,900 Mcfd kao što je uočeno u Barnett Shale.

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

Ovo je 90% cilja koji je postignut uz izuzetan uspjeh u revoluciji škriljaca u posljednjih 20 godina. Stoga je teško vidjeti iz novih površinskih testova 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 testova, različitih testova, u ovom projektu otkriti značajnije efekte na proizvodnju škriljaca.