Ruch proppantu w obudowie Frac został przygwożdżony, ale jak ważne jest to naprawdę dla studni łupkowych?

Proppant składa się z cząstek wielkości piasku, do których wstrzyknięto płyn szczelinujący podczas operacji szczelinowania. W odwiertach ropy i gazu łupkowego płynem szczelinującym jest zwykle woda z dodatkiem środka zmniejszającego tarcie (takiego jak mydło) w celu obniżenia ciśnienia pompowania szczelinującego. Celem propantu jest zapobieganie zamykaniu się szczelin powstałych w złożu po zakończeniu szczelinowania i ustąpieniu podwyższonego ciśnienia.

W odwiertach ropy i gazu łupkowego materiałem podsadzającym jest mieszanka piasku o uziarnieniu 100 mesh i piasku o uziarnieniu 40–70 mesh, a ziarna te mają średnicę mniejszą niż milimetr. Tak małe rozmiary cząstek piasku są niezbędne, aby piasek mógł zostać przeniesiony przez wąskie szczeliny w sieci szczelin utworzonej w wyniku szczelinowania. Większy piasek zatkałby sieć i nie nadawałby się do zatłaczania – odkryto to na początku rewolucji łupkowej.

Zazwyczaj poziome odwierty w łupkach mają długość dwóch mil i są pompowane w ramach 40 oddzielnych operacji lub etapów szczelinowania. Każdy stopień ma około 250 stóp długości, a metalowa obudowa zawiera 10–20 skupisk perforacji, po kilka perforacji w każdym skupisku. Idealnie, studnia pozioma jest dokładnie perforowana tymi otworami.

Ścieżka przepływu ziarna propantu jest nieuchwytna. Najpierw ziarno musi zagiąć się pod kątem prostym, aby opływając osłonkę przeszło w perforację. Następnie ma do czynienia ze złożoną geometrią pęknięcia – być może pęknięciem głównym, które rozgałęzia się na pęknięcia dodatkowe, tak jak pień drzewa rozdziela się na gałęzie, a następnie gałązki.

Czy ziarno propantu będzie mogło wejść do wszystkich tych pęknięć, czy też niektóre z nich są zbyt wąskie? Ziarno piasku o rozmiarze 100 mesh może być w stanie wcisnąć się w węższe pęknięcie, podczas gdy ziarno o rozmiarze 40-70 nie jest w stanie tego zrobić.

Poprawa wydobycia ropy i gazu dzięki zastosowaniu propantów o wielkości ziaren mniejszej niż 100 mesh zostało udokumentowanei sugeruje, że warto podzielić nawet najmniejsze ziarna propantu na mniejsze pęknięcia, aby utrzymać je otwarte dla przepływu cząsteczek ropy lub gazu. Jeden z takich propantów nazywa się DEEPROP.

Nowe badania wypływu propantu z obudowy.

Ostatnio trochę nowe testy zostały zrobione, aby zbadać przepływ proppanut przez samą obudowę, co oznacza krótki odcinek poziomej obudowy, która została perforowana w celu wypuszczenia płynu szczelinującego. Nie jest to test podziemny — rurociąg leży na powierzchni wanny, w której zbiera się propant i płyn wypływający z perforacji.

Duża liczba operatorów wsparła ten projekt, w którym wykorzystano różnorodne klastry wydajności o różnych ładunkach perforacyjnych, konstrukcjach i orientacjach. Zbadano różne prędkości pompowania, rozmiary propantu i jakość piasku.

Sprzęt testowy był tak realistyczny, jak to tylko możliwe. Obudowa miała standardową średnicę 5.5 cala, podobnie jak średnica perforacji. Szybkość pompowania sięgała 90 uderzeń na minutę (baryłek na minutę), co nigdy wcześniej nie było wykorzystywane do testowania ruchu propantu.

Przetestowano pojedynczy etap szczelinowania, polegający na perforowaniu różnych klastrów wzdłuż rury o długości około 200 stóp. Każdy klaster wydajności miał własną osłonę, która kierowała wychwycony płyn i propant do własnego zbiornika, aby można było je zmierzyć.

Wyniki przedstawiono dla dwóch różnych zestawów skupień: 8 klastrów na etapie z 6 osiągnięciami w każdym skupieniu lub 13 klastrów na etapie z 3 osiągnięciami w każdym skupieniu. Testerzy używali piasku o uziarnieniu 40–70 mesh lub piasku o uziarnieniu 100 mesh przenoszonego przez śliską ciecz wodną pompowaną z szybkością 90 uderzeń na minutę.

W dokumentach SPE podano, że ucieczka propantu przez klastry wydajności do zbiorników jest nierówna:

· Niektóre artykuły propantu, zwłaszcza o większych rozmiarach oczek, np. 40–70 mesh, przepływają obok perforacji pierwszego skupiska i dostają się do formacji dopiero w dalszej części tego etapu. Te większe cząstki mają większy pęd.

· Mniejsze cząstki propantu, takie jak 100 mesh, dostają się do perforacji klastra bardziej równomiernie.

· Opracowano projekty z ograniczonym wejściem, wykorzystujące tylko jedną perforację na grupę w górnej części osłonki.

· Szczególnie w przypadku większych propantów, perforacje na dnie obudowy przyciągają zbyt dużo propantu (efekt grawitacji) i mogą zostać powiększone w wyniku erozji, tak że mniejsza ilość propantu przedostanie się do skupisk perforacji w dalszej części etapu szczelinowania.

Wyjście propantu z obudowy jest nierówne.

Wszystkie badania wykazały nierównomierny rozkład wylotu propantu. Tabela pokazuje stosunek największego propantu opuszczającego klaster: najmniejszego propantu opuszczającego klaster (tj. maksymalnego propantu: minimalnego propantu), jak również drugiego co do wielkości propantu: drugiego najniższego propantu. Te stosunki są wskaźnikiem nierówności — większy stosunek oznacza bardziej nierówny rozkład i odwrotnie.

Wyniki pokazują, że propant 40-70 mesh (większe proporcje) jest mniej równomiernie rozprowadzony niż propant 100 mesh (niższe proporcje) – w obu scenariuszach klastrów.

Interpretacja podana w raportach jest taka, że ​​więcej propantu 40-70, będącego większymi i cięższymi ziarnami piasku, ma tendencję do przenoszenia się pędem poza wcześniejsze klastry wydajności przed opuszczeniem w późniejszych klastrach wydajności, w porównaniu z propantem 100 mesh .

Nie jest to rozwiązanie idealne, ponieważ celem jest równomierne rozprowadzenie propantu we wszystkich skupiskach perforacji w jednym etapie szczelinowania. Ale teraz najważniejsze pytanie: jaką to robi różnicę?

Wyzwanie polega na optymalizacji procedur, tak aby rozkłady wyjściowe propantu były bardziej równomierne. Na podstawie raportów wyniki testów włączono do modelu obliczeniowej dynamiki płynów (SP 209178). Podejście to zostało uwzględnione w programie doradczym dotyczącym szczelinowania o nazwie StageCoach.

Tymczasem w raportach stwierdza się, że „nierównomierny przepływ propantu w osłonie może być równie ważny, jak zmienność formacji i cieniowanie naprężeń”. Przyjrzyjmy się temu głębiej.

Inne źródła zmienności wydobycia łupków.

Prawdziwe pytanie brzmi: jak ważny jest nierównomierny rozkład propantu w procesie wydobycia ropy i gazu łupkowego?

Duża zmienność odwiertów ropy i gazu łupkowego zostało udokumentowane. Na przykład poziome odwierty w łupkach Barnett o typowej długości 4000–5000 stóp pokazują, że dolne 10% odwiertów wytwarza mniej niż 600 Mcfd, podczas gdy 10% górnych odwiertów wytwarza ponad 3,900 Mcfd.

Wiadomo, że na dużą zmienność natężenia przepływu ropy i gazu łupkowego wpływa kilka innych czynników.

Jeśli pozioma długość odwiertu i orientacja odwiertu zostaną znormalizowane w celu usunięcia ich zmienności, wówczas etapy szczelinowania, wielkość i ilość propantu można uznać za efekty pierwszego rzędu. Te efekty pierwszego rzędu zostały potraktowane priorytetowo i zoptymalizowane w przypadku bardziej dojrzałych złóż łupków.

Następnie istnieją właściwości geologiczne, takie jak naturalne pęknięcia w łupkach, naprężenia in situ i kruchość skały łupkowej. Uważa się je za efekty drugiego rzędu, ponieważ znacznie trudniej je określić ilościowo. Wysiłki mające na celu zminimalizowanie tych źródeł zmienności obejmują rejestrowanie odwiertu poziomego, instalację kabla optycznego lub instrumentów dźwiękowych lub geofonów mikrosejsmicznych w celu pomiaru rozprzestrzeniania się pęknięć oraz interakcję z lokalną geologią wzdłuż odwiertu poziomego.

W porównaniu z tymi źródłami zmienności rozkład wylotu rury osłonowej i jednorodność propantu wydaje się mieć porównywalne znaczenie z innymi efektami drugiego rzędu, takimi jak geologia i zmiany naprężeń wzdłuż odwiertu poziomego. Nie ma możliwości, aby jednorodność wydobycia złóż odpowiadała za zmienność produkcji w zakresie od 600 Mcfd do 3,900 Mcfd, jak zaobserwowano w złożu Barnett Shale.

Mówiąc inaczej, najważniejszą rzeczą jest wydostanie się propantu z większości klastrów wydajności i do powstałych pęknięć. Osiągnięto to poprzez pompowanie bardzo małej ilości propantu, o wielkości 100 mesh lub 40-70 mesh (a często obu) oraz optymalizację stężenia i ilości propantu dla konkretnego złoża łupków.

To w 90% cel, który udało się osiągnąć z niezwykłym sukcesem w rewolucji łupkowej ostatnich 20 lat. Trudno więc stwierdzić na podstawie nowych testów powierzchni, że niewielka zmienność w wyjściach propantu z jednego do drugiego skupiska perforacji może mieć wpływ pierwszego rzędu na produkcję ropy lub gazu.

Ale być może wyniki innych testów, różnych testów w tym projekcie ujawnią bardziej znaczący wpływ na wydobycie łupków.