پروپانت / proppant

پروپانت ها مواد جامدی مانند شن و ماسه هستند که برای حفظ ترک های ایجاد شده در طول تحریک چاه از طریق شکستگی هیدرولیکی (معروف به شکستگی) در عملیات حفاری گاز شیل یا نفت استفاده می شود. این نام از باز کردن شکاف های ایجاد شده گرفته شده است و در نتیجه سرعت جریان منابع هیدروکربنی به چاه ها را بهبود می بخشد.

عملیات

قبل از ظهور شکست هیدرولیکی، بهره برداری از واحدهای سنگی زیرسطحی حاوی گاز طبیعی، نفت و سایر هیدروکربن ها برای منابع طبیعی خود بسیار چالش برانگیز بود. ماهیت غیرقابل نفوذ سازندهای سنگ شیل از جریان طبیعی گاز یا نفت به داخل چاه جلوگیری می کند.

تصفیه چاه در طول فرآیند حفاری، ترک‌های کوچکی را در سازند زمین‌شناسی ایجاد می‌کند که حرکت منابع هیدروکربنی را ممکن می‌سازد. آب تصفیه شده شیمیایی که حامل موادی مانند شن و ماسه است، سپس به داخل شکاف ها منتقل می شود. پمپ هایی که روی سطح قرار دارند، فشار آب را در قسمت مهر و موم شده چاه فراتر از نقطه شکست سنگ ها بالا می برند که منجر به انتشار بیشتر شکستگی می شود. این روش ممکن است به هزاران تن مایع برای تهیه یک چاه نیاز داشته باشد.

پس از توقف کار پمپ ها، شکستگی ها شروع به کوچک شدن می کنند. آنها از بسته شدن کامل توسط ماسه شکسته باقی مانده در شکاف ها جلوگیری می کنند. این امر باعث می شود هر نفت و گاز رشته ای از طریق محیط متخلخل به چاه برای استخراج جریان یابد.

علاوه بر آب، سیالات فرکینگ از ژل، آب لغزنده یا فوم تشکیل شده است. سیالات با ویسکوزیته بالا دارای غلظت بیشتری از مواد هستند. سایر خصوصیات کلیدی سیال که باید در نظر گرفته شوند عبارتند از pH، انرژی و فشار مورد نیاز برای حفظ دبی پمپ کافی برای رساندن مواد به چاه. این سیالات در شکستگی هیدرولیکی در مقیاس بزرگ به کار می روند که برای یک چاه به چندین میلیون گالن آب نیاز دارد. این علاوه بر تحریک کم حجم چاه های ماسه سنگی است که از 20000 تا 80000 گالن مایع استفاده می کنند. سیالات فراکینگ همچنین حاوی افزودنی های شیمیایی متعددی مانند اسید هیدروکلریک (موثر در حکاکی سنگ ها)، صمغ گوار و امولسیفایرهایی هستند که به تنظیم خواص چاه کمک می کنند.

فضای کافی بین ذرات منجر به نفوذپذیری گاز بیشتر تحت فشار افزایش می شود و در عین حال مقاومت فشاری را برای تحمل تنش و جلوگیری از بسته شدن شکستگی های تشکیل شده حفظ می کند. عوامل نگهدارنده با اندازه توری بیشتر در مقایسه با مواد با مش های ظریف تر تحت تنش شکستگی-بستن کمتر، نفوذپذیری بیشتری دارند. با این حال، عناصر بزرگتر تحت بارهای عمده خرد می شوند و ذرات بسیار ریز (معروف به ریز) تولید می کنند که تخلخل کلی عامل را مختل می کند. در نتیجه، محافظ های توری کوچک فراتر از یک آستانه تنش خاص موثرتر هستند.

شن و ماسه متداول ترین ماده است. با این حال، می تواند محتوای جریمه بسیار بالایی ایجاد کند. پوشش رزینی دانه ها عملکرد مواد مبتنی بر شن و ماسه را افزایش می دهد که CRCS (ماسه روکش دار با رزین قابل درمان) یا PRCS (ماسه روکش دار با رزین از قبل پخته شده) را تشکیل می دهد. اجزای جایگزین جایگزین شامل سرامیک های ساخته شده از بوکسیت متخلخل یا دانه های فلزی کوچک است. بیشتر ماسه های فراکینگ یا فراک از ماسه کوارتز با خلوص بالا با دانه های گرد بدست می آیند. تقاضا برای شن و ماسه فرک در سال های اخیر به طور چشمگیری افزایش یافته است که منعکس کننده رونق استخراج نفت و گاز شیل است.

صفات حمایتی مطلوب عبارتند از:

• شکل دانه‌ای ثابت و کروی، که توانایی نگهدارنده را برای تحمل فشار بالا بهبود می‌بخشد.

• مقاومت در برابر فشار شدید ایجاد شده در هنگام خروج سیال فرکینگ از چاه. حتی افزایش جزئی در ریزدانه ها از عناصر خرد شده می تواند شکستگی ها را مسدود کند و حرکت هیدروکربن ها را به میزان قابل توجهی کاهش دهد.

• وزن مخصوص پایین امکان استفاده از سیالات سبک تر را برای حمل و نقل مواد فراهم می کند. این همچنین اجازه می دهد تا حرکت موثرتری از پیشران ها به سمت شکستگی ها انجام شود.

• توانایی برهمکنش با سیالات شکستگی و همچنین محتویات چاه بدون کدر شدن سیال و کاهش قابلیت آن برای جریان روان. استفاده از پروپانت های نامحلول در اسید به جلوگیری از تجزیه در طول فرآیند کمک می کند.

• برای جلوگیری از واکنش با سایر عناصر موجود در شیل و حفظ ایمنی عملیاتی، پروپانت ها باید دارای بی اثری شیمیایی کامل و پایداری حرارتی باشند.

انواع

دو نوع پروپانت که اکثریت قریب به اتفاق محصولات موجود در بازار را تشکیل می دهند عبارتند از شن و ماسه سیلیس و دانه های سرامیکی که از بوکسیت یا کائولن تولید می شوند. پروپانت سرامیکی شامل موارد زیر است:

• پیشرانه های مقاومت متوسط ​​(ISP)

• وسایل سبک وزن (LWP)

• بوکسیت پخته شده 

مشخصات

هر نوع از ویژگی های منحصر به فرد مورد نیاز در شرایط خاص حفاری پشتیبانی می کند. عوامل متمایز کننده انواع پروپانت عبارتند از:

شناوری : پیشران های تولیدی سبک تر و شناورتر از پیشران های مبتنی بر شن و ماسه هستند. دقت در اندازه و گرانش آنها را برای سیالات فرکینگ فردی که در یک چاه استفاده می شود مناسب می کند. از سوی دیگر، ماسه فراک دارای اندازه‌ها و شکل‌های دانه‌های مختلف و همچنین چگالی بیشتر نسبت به پیش‌پرتاب‌های تولیدی است. این امر مستلزم استفاده از سیالات فرکینگ با ویسکوزیته بالاتر است که با فشار افزایش یافته پمپ می شوند تا ذرات را در سازندهای شکسته جاسازی کنند.

استحکام : پیشران های مهندسی شده مزیت استحکام را نسبت به اکثر ماسه های طبیعی دارند. یک کوره دوار، که در آن مواد معدنی پودری در دمای بالا پخته می شوند، تولید دانه های بسیار بادوام را تسهیل می کند. این مهره ها قادر به مقاومت در برابر بارهای سنگین بدون شکستن و ایجاد ریزه هستند. با توجه به استحکام بیشتر آنها، استفاده از چنین پروپانت ها پتانسیل بهبود چشمگیر تولید چاه را دارد.

قیمت : مواد برپایه شن و ماسه از نظر هزینه برتری قابل توجهی دارند. ماسه کوارتز واقع در نزدیکی سطح زمین منبع اصلی برای شن و ماسه تخصصی مورد استفاده در شکستگی است که منجر به کاهش هزینه های مرتبط با حفاری و حمل و نقل می شود. تف جوشی Proppant از تجهیزات و فرآیندهای ساخت پیچیده همراه با مواد خامی استفاده می کند که خرید آنها گران تر است. در نتیجه، هزینه پروپانت های سرامیکی به طور قابل ملاحظه ای بیشتر از هزینه محصولات مبتنی بر شن و ماسه است.

ماسه با پوشش رزینی (RCS) : دانه ها به صورت صنعتی با رزین پوشش داده می شوند تا مقاومت در برابر خرد شدن و چگالی موثر را بهبود بخشند و در عین حال مزیت قیمت استفاده از مواد ماسه را حفظ کنند. پوشش رزین به مقاومت در برابر جریان برگشتی کمک می کند و در صورت اعمال نیرو از دانه ها جدا می شوند. RCS گرانتر از شن و ماسه تصفیه نشده است. با این حال، قیمت مناسب تری نسبت به پروپانت های ساخته شده با استفاده از فرآیند تف جوشی دارد. شن و ماسه تصفیه نشده در چاه‌های کم‌عمق‌تر استفاده می‌شود که در آن فشار کمتری اعمال می‌شود، در حالی که RCS و مواد مهندسی شده در چاه‌های عمیق‌تر با سطوح فشار بالاتر ترجیح داده می‌شوند. 

انتخاب

هزینه عوامل نگهدارنده که رسانایی بهبود یافته و عملکرد چاه را در عملیات فرکینگ ارائه می دهند می تواند به طور قابل توجهی بالاتر باشد، بنابراین محاسبه نرخ تولید مطلوب در طول عمر چاه ضروری است. اگر افزایش قابل توجهی در تولید انتظار می‌رود، ممکن است استفاده از مواد گران‌تر را توجیه کند.

منبع : ویکی پدیا

globalspec