การเคลื่อนไหวของ Proppant ในปลอก Frac ถูกตอกลง แต่มันสำคัญแค่ไหนสำหรับ Shale Wells?

Proppant ประกอบด้วยอนุภาคขนาดทรายที่ฉีดด้วยของเหลว frac ระหว่างการดำเนินการ fracking ในบ่อน้ำมันจากหินดินดานและบ่อน้ำมัน ของเหลว frac มักจะเป็นน้ำโดยเติมสารลดแรงเสียดทาน (เช่น สบู่) เพื่อลดแรงดันปั๊ม frac วัตถุประสงค์ของ Proppant คือเพื่อหยุดการแตกหักที่เกิดจากแรงกระตุ้นในอ่างเก็บน้ำไม่ให้ปิดหลังจาก fracking หยุดลงและความดันที่สูงขึ้นจะหายไป

ในบ่อน้ำมันจากหินดินดานและบ่อน้ำมันจากชั้นหิน โพรเพนต์ที่ใช้เป็นส่วนผสมของทราย 100 เมชกับทรายเมช 40-70 เมช และเมล็ดพืชเหล่านี้มีขนาดเล็กกว่ามิลลิเมตร ขนาดอนุภาคทรายขนาดเล็กดังกล่าวมีความจำเป็นสำหรับทรายที่จะเคลื่อนผ่านรอยร้าวแคบๆ ในโครงข่ายการแตกหักที่สร้างขึ้นโดยการดำเนินการ fracking ทรายขนาดใหญ่จะเชื่อมต่อเครือข่ายและไม่สามารถฉีดได้ ซึ่งพบได้ในช่วงแรกๆ ของการปฏิวัติหินดินดาน

โดยทั่วไปแล้ว หลุมแนวนอนในหินดินดานจะมีความยาวสองไมล์และถูกสูบด้วยการดำเนินการหรือขั้นตอนการแยกส่วน 40 ขั้น แต่ละขั้นตอนมีความยาวประมาณ 250 ฟุต และปลอกโลหะมีรูพรุน 10-20 กลุ่ม โดยแต่ละคลัสเตอร์มีรูพรุนหลายรู ตามหลักการแล้วหลุมแนวนอนนั้นเจาะรูเหล่านี้อย่างทั่วถึง

เส้นทางการไหลของเมล็ดพืชเสริมนั้นเข้าใจยาก ขั้นแรก เมล็ดพืชจะต้องทำให้โค้งงอในมุมฉากเพื่อให้ไหลไปตามปลอกจนเป็นรู จากนั้นต้องเผชิญกับรูปทรงเรขาคณิตการแตกหักที่ซับซ้อน - บางทีอาจเป็นการแตกหักหลักที่แตกแขนงออกเป็นรอยแตกย่อยเช่นลำต้นของต้นไม้แผ่กิ่งก้านสาขาแล้วกิ่ง

เกรนโพรแพนท์จะสามารถเข้าไปในรอยร้าวเหล่านี้ได้ทั้งหมดหรือบางอันแคบเกินไปหรือไม่? เม็ดทรายขนาด 100 ตาข่ายอาจบีบให้แคบลงได้เมื่อเม็ดทราย 40-70 ไม่สามารถทำได้

การปรับปรุงการผลิตน้ำมันและก๊าซโดยใช้โพรเพนที่มีขนาดเกรนน้อยกว่า 100-mesh ได้รับการบันทึกและแนะนำว่าคุ้มค่าที่จะเอาเมล็ดพืชโพรเพนท์เล็กๆ ให้เป็นรอยร้าวที่มีขนาดเล็กลง เพื่อให้พวกมันเปิดกว้างต่อการไหลของโมเลกุลของน้ำมันหรือแก๊ส ตัวประกอบหนึ่งตัวดังกล่าวเรียกว่า DEEPROP

การทดสอบใหม่ของ Proppant ไหลออกจากท่อ.

เมื่อเร็ว ๆ นี้บ้าง การทดสอบใหม่ ได้ทำการตรวจสอบ การไหลของโพรพานt ผ่านตัวเคสเอง ซึ่งหมายถึงความยาวสั้นของปลอกแนวนอนที่มีรูพรุนเพื่อให้ของเหลว frac หลุดออกมา มันไม่ใช่การทดสอบใต้ดิน — ท่อวางอยู่บนอ่างที่พื้นผิว และอ่างรวบรวม Proppant และของเหลวที่ออกจากปรุ

ผู้ปฏิบัติงานจำนวนมากได้สนับสนุนโครงการนี้ซึ่งมีการใช้คลัสเตอร์ที่สมบูรณ์แบบที่หลากหลายซึ่งมีค่าการเจาะ การออกแบบ และการวางแนวที่แตกต่างกัน ได้มีการศึกษาอัตราการสูบน้ำ ขนาดโพรเพนท์ และคุณภาพของทราย

ฮาร์ดแวร์ทดสอบมีความสมจริงมากที่สุด ปลอกมีมาตรฐาน 5.5 นิ้วเช่นเดียวกับเส้นผ่านศูนย์กลางการเจาะ อัตราปั๊มสูงถึง 90 รอบต่อนาที (บาร์เรลต่อนาที) ซึ่งไม่เคยใช้ในการทดสอบการเคลื่อนที่ของโพรเพนท์มาก่อน

ขั้นเดียวได้รับการทดสอบ โดยการเจาะกลุ่มต่างๆ ตามท่อยาวประมาณ 200 ฟุต คลัสเตอร์ที่สมบูรณ์แบบแต่ละกลุ่มมีผ้าห่อศพของตัวเองซึ่งนำของเหลวที่จับได้และสารเติมแต่งเข้าไปในถังของตัวเอง เพื่อให้สามารถวัดได้

ผลลัพธ์ถูกนำเสนอสำหรับคลัสเตอร์สองชุดที่แตกต่างกัน: 8 กลุ่มในขั้นตอนที่มี 6 perfs ในแต่ละคลัสเตอร์หรือ 13 กลุ่มในขั้นตอนที่มี 3 perfs ในแต่ละคลัสเตอร์ ผู้ทดสอบใช้ทรายเมช 40-70 หรือทราย 100 เมช ที่สูบโดยของเหลวน้ำไหลที่สูบด้วยความเร็ว 90 bpm

เอกสาร SPE เหล่านี้รายงานว่า Proppant หนีผ่านกลุ่ม perf และเข้าไปใน tubs ไม่สม่ำเสมอ:

· บทความ Proppant บางรายการ โดยเฉพาะอย่างยิ่งขนาดตาข่ายที่ใหญ่กว่า เช่น 40-70 เมช แล่นผ่านรูปรุกลุ่มแรกและอย่าเข้าไปในชั้นหินจนกว่าจะไกลออกไปตามระยะนั้น อนุภาคขนาดใหญ่เหล่านี้มีโมเมนตัมมากกว่า

· อนุภาค proppant ที่เล็กกว่า เช่น 100-mesh จะเข้าสู่รูพรุนของคลัสเตอร์ได้สม่ำเสมอมากขึ้น

· การออกแบบรายการจำนวนจำกัดได้รับการพัฒนาโดยใช้การเจาะเพียงครั้งเดียวต่อคลัสเตอร์ที่ด้านบนของเคส

· โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับ Proppant ที่ใหญ่ขึ้น การเจาะรูที่ด้านล่างของท่อดึงดูด proppant มากเกินไป (ผลกระทบจากแรงโน้มถ่วง) และอาจขยายได้โดยการกัดเซาะ เพื่อให้ Proppant น้อยไปถึงการปรุแบบคลัสเตอร์ต่อไปในระยะ frac

Proppant ออกจากท่อไม่สม่ำเสมอ

การทดสอบทั้งหมดเผยให้เห็นการกระจายทางออกที่ไม่สม่ำเสมอ ตารางแสดงอัตราส่วนของโพรเพนท์ที่ใหญ่ที่สุดเมื่อออกจากคลัสเตอร์: โพรเพนต์ที่เล็กที่สุดที่ออกจากคลัสเตอร์ (เช่น โพรเพนต์สูงสุด: โพรเพนต์ต่ำสุด) เช่นเดียวกับโพรเพนต์ที่ใหญ่เป็นอันดับสอง: โพรเพนต์ที่ต่ำที่สุดเป็นอันดับสอง อัตราส่วนเหล่านี้เป็นตัวกำหนดความไม่สม่ำเสมอ — อัตราส่วนที่มากขึ้นหมายถึงการกระจายที่ไม่สม่ำเสมอมากขึ้นและในทางกลับกัน

ผลลัพธ์แสดงให้เห็นว่า 40-70 mesh proppant (อัตราส่วนที่ใหญ่กว่า) มีการกระจายอย่างสม่ำเสมอน้อยกว่า proppant 100-mesh (อัตราส่วนที่ต่ำกว่า) - ในทั้งสองสถานการณ์คลัสเตอร์

การตีความที่ได้รับจากรายงานคือว่ามากกว่า 40-70 proppant ซึ่งเป็นเม็ดทรายที่ใหญ่กว่าและหนักกว่า มีแนวโน้มที่จะถูกบรรทุกโดยโมเมนตัมผ่านกลุ่ม perf ก่อนหน้าก่อนที่จะออกไปในกลุ่ม perf ในภายหลัง เมื่อเทียบกับ proppant 100-mesh .

วิธีนี้ไม่เหมาะนักเพราะเป้าหมายคือให้ Proppant กระจายไปทั่วคลัสเตอร์การเจาะทั้งหมดในขั้นตอนเดียวของ fracking แต่ตอนนี้สำหรับคำถามใหญ่ว่าสิ่งนี้สร้างความแตกต่างได้มากน้อยเพียงใด

ความท้าทายคือการปรับขั้นตอนให้เหมาะสมเพื่อให้การกระจายทางออกของ Proppant มีความสม่ำเสมอมากขึ้น จากรายงาน ผลการทดสอบได้รวมอยู่ในแบบจำลองพลศาสตร์ของไหลเชิงคำนวณ (สป209178). แนวทางนี้สร้างขึ้นในโปรแกรมที่ปรึกษาการแตกหักที่เรียกว่า StageCoach

ในขณะเดียวกัน รายงานระบุว่า "การไหลที่ไม่สม่ำเสมอของส่วนประกอบในเคสอาจมีความสำคัญพอๆ กับความแปรปรวนของชั้นหินและการสร้างเงาจากความเครียด" ลองมองให้ลึกกว่านี้

แหล่งอื่น ๆ ของความแปรปรวนของการผลิตหินดินดาน

คำถามที่แท้จริงคือการกระจายของ Proppant ที่ไม่สม่ำเสมอต่อการผลิตน้ำมันจากชั้นหินและก๊าซมีความสำคัญอย่างไร?

ความแปรปรวนขนาดใหญ่ของหินน้ำมันและบ่อน้ำมัน ได้รับการบันทึก. ตัวอย่างเช่น หลุมแนวนอนในหินดินดาน Barnett ที่มีความยาวโดยทั่วไป 4000-5000 ฟุต แสดงว่าด้านล่าง 10% ของหลุมสร้างน้อยกว่า 600 Mcfd ในขณะที่ 10% ด้านบนของหลุมสร้างมากกว่า 3,900 Mcfd

เป็นที่ทราบกันดีว่ามีปัจจัยอื่นๆ อีกหลายประการที่ส่งผลต่อความผันแปรของอัตราการไหลของน้ำมันจากชั้นหินหรือก๊าซ

หากความยาวของหลุมในแนวนอนและการวางแนวของหลุมถูกทำให้เป็นมาตรฐานเพื่อขจัดความแปรปรวนของหลุมเหล่านั้น ระยะ frac ขนาดและปริมาณขององค์ประกอบเสริมอาจถือเป็นผลกระทบลำดับแรก เอฟเฟกต์ลำดับแรกเหล่านี้ได้รับการจัดลำดับความสำคัญและปรับให้เหมาะสมในการเล่นหินดินดานที่เป็นผู้ใหญ่มากขึ้น

จากนั้นจะมีคุณสมบัติทางธรณีวิทยา เช่น การแตกหักตามธรรมชาติในชั้นหิน ความเครียดจากแหล่งกำเนิด และการแตกหักของหินดินดาน สิ่งเหล่านี้ถือเป็นเอฟเฟกต์อันดับสองเพราะยากต่อการหาจำนวน ความพยายามในการลดแหล่งที่มาของความแปรปรวนเหล่านี้ ได้แก่ การบันทึกหลุมแนวนอน การติดตั้งสายเคเบิลออปติกหรือเครื่องมือเกี่ยวกับเสียงหรือ geophones ขนาดเล็กเพื่อวัดการแพร่กระจายของการแตกหักและปฏิสัมพันธ์กับธรณีวิทยาในท้องถิ่นตามหลุมแนวนอน

เมื่อเทียบกับแหล่งที่มาของความแปรปรวนเหล่านี้ การกระจายทางออกของปลอกและความสม่ำเสมอขององค์ประกอบปรากฏมีความสำคัญเทียบได้กับผลกระทบอันดับสองอื่นๆ เช่น ธรณีวิทยาและการเปลี่ยนแปลงของความเครียดตามบ่อน้ำแนวนอน ไม่มีทางใดที่ความสม่ำเสมอในการออกจากปลอกสามารถอธิบายความแปรปรวนของการผลิตระหว่าง 600 Mcfd และ 3,900 Mcfd ตามที่สังเกตได้ใน Barnett Shale

พูดแบบนี้อีกทางหนึ่ง สิ่งสำคัญคือต้องให้ proppant ออกจากคลัสเตอร์ perf ส่วนใหญ่ และเข้าไปในรอยแตกที่สร้างขึ้น สิ่งนี้ทำได้โดยปั๊มโพรเพนต์ขนาดเล็กมาก 100 เมชหรือ 40-70 เมช (และบ่อยครั้งทั้งสองอย่าง) และปรับความเข้มข้นของโพรเพนท์และปริมาณสำหรับการเล่นหินดินดานโดยเฉพาะ

นี่คือ 90% ของเป้าหมายที่ประสบความสำเร็จอย่างน่าทึ่งในการปฏิวัติหินดินดานในช่วง 20 ปีที่ผ่านมา ดังนั้นจึงเป็นเรื่องยากที่จะมองเห็นจากการทดสอบพื้นผิวใหม่ว่าความแปรปรวนเล็กน้อยในโพรเพนท์ที่ออกจากกลุ่มการเจาะกลุ่มหนึ่งไปยังอีกกลุ่มหนึ่งอาจมีผลกระทบต่อการผลิตน้ำมันหรือก๊าซเป็นลำดับแรก

แต่บางทีผลลัพธ์จากการทดสอบอื่นๆ การทดสอบที่แตกต่างกัน ในโครงการนี้จะเปิดเผยผลกระทบที่สำคัญกว่าต่อการผลิตหินดินดาน