Frac-kuoren proppant-liike on naulattu, mutta kuinka tärkeää se todella on liuskekaivoille?

Proppant koostuu hiekan kokoisista hiukkasista, joihin on ruiskutettu murtonestettä murskauksen aikana. Liuskeöljy- ja kaasukaivoissa murtoneste on yleensä vettä, johon on lisätty kitkaa vähentävää ainetta (kuten saippuaa) alentamaan murteen pumppauspainetta. Tukiaineen tarkoituksena on estää säiliön aiheuttamien murtumien sulkeutuminen, kun murtuminen lakkaa ja kohonnut paine häviää.

Liuskeöljy- ja liuskekaasukaivoissa tukiaineena käytetään 100 meshin ja 40-70 meshin hiekkaa, jotka molemmat ovat halkaisijaltaan alle millimetrin kokoisia. Tällaiset pienet hiekkahiukkaskoot ovat välttämättömiä, jotta hiekka kuljetetaan kapeiden rakojen läpi murtumisoperaation synnyttämässä rakoverkostossa. Suurempi hiekka tukkiisi verkon eikä olisi ruiskutettavaa – se havaittiin liuskevallankumouksen alkuaikoina.

Tyypillisesti liuskeen vaakasuuntaiset kaivot ovat kaksi mailia pitkiä ja niitä pumpataan 40 erillisellä särötystoimenpiteellä tai -vaiheella. Jokainen vaihe on noin 250 jalkaa pitkä ja metallikotelossa on 10-20 rei'itysrypälettä, joissa kussakin klusterissa on useita rei'ityksiä. Ihannetapauksessa vaakasuora kaivo on rei'itetty perusteellisesti näillä rei'illä.

Tukevan rakeen virtausreitti on vaikeasti havaittavissa. Ensin jyvän täytyy tehdä suorakulmainen mutka päästäkseen virtauksesta vaippaa pitkin rei'itykseen. Sitten se kohtaa monimutkaisen murtumageometrian – ehkä päämurtuman, joka haarautuu sivumurtumiin, kuten puunrunko leviää oksiksi ja sitten oksiksi.

Pystyykö tukijyvä tunkeutumaan kaikkiin näihin rakoihin vai ovatko jotkin niistä liian kapeita? 100 meshin hiekkarae voi puristua kapeampaan rakoon, kun 40-70 rake ei pysty.

Öljyn- ja kaasuntuotannon parantaminen käyttämällä ponneaineita, joiden raekoko on alle 100 mesh on dokumentoitu, ja ehdottaa, että pienetkin tukirakeita kannattaa saada pienempiin murtumiin, jotta ne pysyvät avoimina öljy- tai kaasumolekyylien virtaukselle. Yksi tällainen tukiaine on nimeltään DEEPROP.

Uudet testit tukiaineen ulosvirtaukselle kotelosta.

Äskettäin jotkut uusia testejä on tehty, jotka tutkivat proppaanin virtaust itse kotelon läpi, mikä tarkoittaa lyhyttä vaakasuuntaista koteloa, joka on rei'itetty päästämään halkeamanesteen ulos. Se ei ole maanalainen testi – putkisto on altaan päällä pinnalla ja amme kerää tukiainetta ja nestettä, joka poistuu rei'istä.

Suuri joukko operaattoreita on tukenut tätä hanketta, jossa on käytetty erilaisia ​​perf-klustereita erilaisilla rei'itysvarauksilla, -malleilla ja -suuntauksilla. Erilaisia ​​pumppausnopeuksia, tukiaineen kokoja ja hiekan laatua on tutkittu.

Testauslaitteisto oli mahdollisimman realistinen. Kotelo oli vakiona 5.5 tuumaa, samoin kuin rei'ityksen halkaisijat. Pumppunopeudet olivat jopa 90 lyöntiä minuutissa (tynnyriä minuutissa), joita ei ollut koskaan aiemmin käytetty tukiaineen liikkeiden testaamisessa.

Yksi murtumisvaihe testattiin lävistämällä eri klustereita pitkin noin 200 jalkaa pitkää putkea. Jokaisella perf-klusterilla oli oma suojus, joka ohjasi siepatun nesteen ja tukiaineen omaan säiliöön, jotta ne voitiin mitata.

Tulokset esitettiin kahdelle eri klusterijoukolle: 8 klusteria vaiheessa, jossa kussakin klusterissa oli 6 perfiä, tai 13 klusteria vaiheessa, jossa kussakin klusterissa oli 3 klusteria. Testaajat käyttivät joko 40-70 meshin hiekkaa tai 100 meshin hiekkaa, jota kuljetti liukas vesi, jota pumpattiin nopeudella 90 bpm.

Nämä SPE-paperit raportoivat, että tukiaineen karkaaminen perf-klustereiden kautta altaisiin on epätasaista:

· Jotkut tukituotteet, erityisesti suuremmat silmäkoot, kuten 40-70 mesh, purjehtivat ensimmäisten klusterin rei'itysten ohi eivätkä mene muodostelmaan vasta pidemmällä tuossa vaiheessa. Näillä suuremmilla hiukkasilla on enemmän vauhtia.

· Pienemmät tukipartikkelit, kuten 100 meshin, pääsevät klusterin rei'ityksiin tasaisemmin.

· Rajoitettuja sisääntulomalleja on kehitetty käyttämällä vain yhtä rei'itystä kotelon yläosassa olevaa klusteria kohden.

· Varsinkin suuremmissa tukiaineissa kotelon pohjassa olevat reiät houkuttelevat liikaa tukiainetta (painovoimavaikutus), ja eroosio saattaa suurentaa niitä, jolloin vähemmän tukkea joutuu klusterirei'ityksiin kauempana murtovaiheessa.

Tukeva ulostulo kotelosta on epätasainen.

Kaikki testit paljastivat epätasaiset tukien poistumisjakaumat. Taulukossa näkyy klusterista poistuvan suurimman tukiaineen suhde: klusterista poistuva pienin tukiaine (eli suurin tukiaine: pienin tukiaine) sekä toiseksi suurin tukiaine: toiseksi pienin tukiaine. Nämä suhteet kuvaavat epätasaisuutta – suurempi suhde tarkoittaa epätasaisempaa jakautumista ja päinvastoin.

Tulokset osoittavat, että 40-70 meshin tukiaine (suuremmat suhteet) on jakautunut vähemmän tasaisesti kuin 100 meshin tukiaine (pienemmät suhteet) – molemmissa klusteriskenaarioissa.

Raporttien antama tulkinta on, että enemmän 40-70 tukiaineesta, jotka ovat suurempia ja raskaampia hiekkajyviä, taipumus kulkeutua vauhtinsa ohi aikaisempien perf-klusterien ennen kuin ne poistuvat myöhemmistä perf-klustereista verrattuna 100 meshin tukiaineeseen. .

Tämä ei ole niin ihanteellinen, koska tavoitteena on saada tukiaine jakautumaan tasaisesti kaikkiin rei'itysklustereihin yhdessä murtovaiheessa. Mutta nyt suureen kysymykseen, kuinka paljon tällä on eroa?

Haasteena on optimoida proseduurit niin, että tukien poistumisjakaumat ovat tasaisempia. Raporteista testitulokset on sisällytetty laskennalliseen nestedynamiikan malliin (SPE 209178). Tämä lähestymistapa on rakennettu murtamista koskevaan neuvontaohjelmaan, nimeltään StageCoach.

Raporteissa todetaan, että "epätasainen tukiaineen virtaus kotelossa voi olla yhtä tärkeää kuin muodostumisen vaihtelevuus ja jännitysvarjostus". Katsotaanpa tätä tarkemmin.

Muita liuskekivetuotannon vaihtelun lähteitä.

Todellinen kysymys on, kuinka tärkeää polttoaineen epätasainen jakautuminen on liuskeöljyn ja -kaasun tuotannossa?

Liuskeöljy- ja kaasukaivojen suuri vaihtelu on dokumentoitu. Esimerkiksi Barnettin liuskeen vaakasuuntaiset kaivot, joiden pituus on tyypillisesti 4000-5000 jalkaa, osoittavat, että alimman 10 % kaivoista tuottaa alle 600 Mcfd, kun taas ylimmän 10 % kaivoista yli 3,900 XNUMX Mcfd.

Useiden muiden tekijöiden tiedetään vaikuttavan liuskeöljyn tai kaasun virtausnopeuksien laajaan vaihteluun.

Jos vaakasuuntainen kaivon pituus ja kaivon suuntaus normalisoidaan niiden vaihtelun poistamiseksi, murtovaiheita, tukiaineen kokoa ja tukiainemääriä voidaan pitää ensimmäisen kertaluvun vaikutuksina. Nämä ensiluokkaiset tehosteet on priorisoitu ja optimoitu kypsemmissä liuskeleikkeissä.

Sitten ovat geologiset ominaisuudet, kuten liuskeen luonnolliset murtumat, in situ -jännitys ja liuskekiven murtuvuus. Näitä pidetään toisen asteen vaikutuksina, koska niitä on paljon vaikeampi mitata. Ponnistelut näiden vaihtelun lähteiden minimoimiseksi sisältävät vaakasuuntaisen kaivon kirjaamisen, optisten kaapelien tai ääniinstrumenttien tai mikroseismisten geofonien asentamisen mittaamaan murtumien leviämistä ja vuorovaikutusta paikallisen geologian kanssa vaakasuoraa kaivoa pitkin.

Näitä vaihtelulähteitä vastaan ​​kotelon ulostulon jakautuminen ja tukiaineen tasaisuus näyttää olevan verrattavissa muihin toisen kertaluvun vaikutuksiin, kuten geologiaan ja jännitysmuutoksiin vaakasuoraa kaivoa pitkin. Ei ole mahdollista, että kotelon ulostulon tasaisuus voisi selittää tuotannon vaihtelua 600 Mcfd:n ja 3,900 XNUMX Mcfd:n välillä, kuten Barnett Shalessa havaittiin.

Toisin sanoen, kriittinen asia on saada tukiaine poistumaan suurimmasta osasta perf-klustereista luotuihin murtumiin. Tämä on saavutettu pumppaamalla hyvin pientä, 100 meshin tai 40-70 meshin (ja usein molempia) tukiainetta ja optimoimalla tukiaineen pitoisuus ja määrät tietylle liuskevälille.

Tämä on 90 % tavoitteesta, joka on saavutettu merkittävällä menestyksellä liuskekiven vallankumouksessa viimeisen 20 vuoden aikana. Joten uusien pintatestien perusteella on vaikea nähdä, että pienellä vaihtelulla tukiaineen ulostuloissa yhdestä toiseen rei'itysklusterista voisi olla ensiluokkainen vaikutus öljyn tai kaasun tuotantoon.

Mutta ehkä muiden testien, erilaisten testien tulokset tässä projektissa paljastavat merkittävämpiä vaikutuksia liuskeen tuotantoon.