Ropa a plyn

Co je to Frac Sand?



Tento speciální písek je jedním z klíčů k produkci ropy a zemního plynu z těsných břidlicových útvarů


Frac písek: Detailní pohled na frakový písek (vpravo) a typický písek podobné velikosti zrna (vlevo). Všimněte si, jak má frakový písek rovnoměrnější velikost zrn, pěkně zaoblené tvary zrn a jednotné složení. Je to také velmi odolný materiál, který odolává tlakovým silám až několika tun na čtvereční palec. Zrna na tomto obrázku mají velikost přibližně 0,50 milimetru. Fotografie

Výroba písek Frac: Tento graf ilustruje velkolepý nárůst výroby frakčního písku ve Spojených státech. Data z ročenek minerálů geologických průzkumů Spojených států, 2005–2015.

Odolný písek pro ropné a plynové vrty

"Frac písek" je křemičitý písek o vysoké čistotě s velmi odolnými a velmi kulatými zrny. Je to materiál odolný proti rozdrcení vyrobený pro použití v ropném průmyslu. Používá se v procesu hydraulického štěpení (známém jako „štěpení“) k výrobě ropných tekutin, jako je ropa, zemní plyn a kapaliny zemního plynu z horninových jednotek, kterým chybí dostatečný pórový prostor, aby tyto tekutiny mohly proudit do studny. Většina frac písku je přírodní materiál vyrobený z vysoce čistého pískovce. Alternativním produktem jsou keramické kuličky vyrobené ze slinutého bauxitu nebo malé kovové kuličky vyrobené z hliníku.

Poptávka po frakovém písku v posledních několika letech prudce vzrostla, protože pomocí procesu hydraulického štěpení jsou stimulovány tisíce ropných a zemních vrtů. (Viz výrobní schéma.) Hydraulické štěpení na jedné studně může vyžadovat několik tisíc tun písku. Tento nárůst specializovaného vrtání vytvořil ve velmi krátkém čase průmysl pískových frakcí s miliardou dolarů. V letech 2005 až 2015 se množství frakčního písku používaného v ropném a plynárenském průmyslu dramaticky zvýšilo.

Frac pískové video: Video od US Silica demonstrující vlastnosti vysoce kvalitního frakového písku.

Jak se Frac Sand používá?

Některé podpovrchové horninové jednotky, jako je organická břidlice, obsahují velké množství ropy, zemního plynu nebo kapalin zemního plynu, které nebudou volně proudit do studny. Nebudou proudit do studny, protože skalní jednotka postrádá propustnost (propojené pórovité prostory) nebo pórovité prostory ve skále jsou tak malé, že těmito tekutinami nemohou protékat.

Proces hydraulického lomu řeší tento problém vytvářením zlomenin ve skále. To se provádí vrtáním vrtu do horniny, utěsněním části vrtu v ropné ložiskové zóně a čerpáním vody pod vysokým tlakem do této části vrtu. Tato voda je obvykle ošetřena chemikáliemi a zahušťovadly, jako je guarová guma, čímž se vytvoří viskózní gel. Tento gel usnadňuje schopnost vody nést zrna frakčního písku v suspenzi.

Velká čerpadla na zemském povrchu zvyšují tlak vody v uzavřené části studny, dokud není dostatečně vysoká, aby překročila bod lomu okolních hornin. Když je dosaženo jejich bodu zlomu, náhle se zlomí a voda se rychle vrhne do zlomenin, nafoukne je a rozšíří je hlouběji do skály. Tímto náhlým proudem vody se dostanou hluboko do zlomenin miliardy zrn písku. K stimulaci jediné studny může být zapotřebí několik tisíc tun frakčního písku.

Video Frac: Video od US Silica demonstrující vlastnosti vysoce kvalitního frakového písku.

Hydraulické štěpení: Zjednodušený diagram studny na zemní plyn, která byla zkonstruována s horizontálním vrtáním pro zvýšení délky průniku přes Marcellus Shale. Hydraulické štěpení se obvykle provádí v horizontální části studny, aby se stimuloval tok plynu z břidlice. Tato konfigurace vrtů se používá v bridlicových hrách Spojených států.

Frac Sand jako „Propant“

Když jsou čerpadla vypnuta, zlomeniny se vyfukují, ale nezavírají se úplně - protože jsou podepřeny miliardami zrn frakčního písku. K tomu dochází pouze tehdy, je-li do horniny dodáno dost pískových zrn, které odolávají síle uzavírajících zlomenin.

Nové zlomeniny ve skále, opírající se o odolná zrna písku, vytvářejí síť pórových prostorů, která umožňuje ropným tekutinám vytékat z horniny do studny. Frac písek je známý jako „propant“, protože propůjčuje zlomeniny otevřené.

Jiné materiály, které byly použity jako propant, zahrnují keramické kuličky, hliníkové kuličky a sintrovaný bauxit. Frac písek obvykle poskytuje nejvyšší úroveň výkonu a v současné době je to propanta nejčastěji používaná v ropném průmyslu.

Mapa Jordánska: Mnoho skalních jednotek, které jsou v současné době těženy pro písek z frac, jsou také zvodnělé vrstvy. Toto dělá výzkumné publikace podzemní vody, takový jako série atlasu podzemní vody Spojených států geologický průzkum, cenné prospektivní dokumenty pro určování přítomnosti, tloušťka a struktura pískovcových skalních jednotek. Tato mapa je z Atlasu podzemních vod Spojených států pro Iowu, Michigan, Minnesotu a Wisconsin. Ukazuje geografický rozsah a tloušťku pískovce Jordánského v Minnesotě a Iowě. Podobné mapy byly publikovány v této sérii pro další pískovcové skalní jednotky a další geografické oblasti.

Jaký typ písku?

Propanty pro ropný průmysl musí splňovat velmi náročné specifikace. Charakteristiky kvalitního frakového písku zahrnují:

  • křemičitý písek o vysoké čistotě
  • velikost zrna dokonale přizpůsobená požadavkům práce
  • kulový tvar, který umožňuje jeho přenášení v hydraulické frakční tekutině s minimálními turbulencemi
  • trvanlivost odolávat tlakovým silám uzavíracích zlomenin

Frac písek se vyrábí v různých velikostech od malých průměrů od 0,1 mm do více než 2 mm v průměru podle specifikace zákazníka. Většina spotřebovaného frakčního písku má velikost mezi 0,4 a 0,8 milimetru.

Skalní jednotky, jako je St. Peter Sandstone, Jordan Sandstone, Oil Creek Sandstone a Hickory Sandstone, byly potenciálními zdroji materiálu z písku. Tyto skalní jednotky se skládají z křemenných zrn, které prošly několika cykly zvětrávání a eroze. Tato dlouhá historie odstranila téměř všechna minerální zrna jiná než křemen a produkovala zrna velmi kulatých tvarů. To je důvod, proč písek vytěžený z řek, vytěžený z teras nebo odstraněný z pláží pravděpodobně nebude produkovat dobrý produkt.

Tam, kde jsou tyto skalní jednotky vyráběny, jsou obvykle měkké, špatně stmelené a někdy mírně zvětralé. To jim umožňuje vykopat a rozdrtit je s minimálním poškozením křemenných zrn. Vysoce čistý písek z oblastí, jako jsou Appalachiani, není často vhodný pro frac písek, protože byl vystaven tektonickým silám, které deformovaly skálu a oslabily zrna písku.

Pískový důl Frac ve Wisconsinu: Letecký pohled na frakování písku operace ve Wisconsinu. Frac písek je vysoce specializovaný produkt, který lze vyrobit pouze z malého množství usazenin písku. Fotografie

Zařízení na zpracování písku Frac: Letecký pohled na zařízení na zpracování písku ve Wisconsinu. Fotografie

Zařízení na zpracování písku Frac

Frac písek se nepoužívá přímo ze země. Vyžaduje zpracování, aby optimalizoval svůj výkon. Po těžbě je převezen do zpracovatelského závodu. Tam se promývá, aby se odstranily jemné částice.

Po omytí je písek naskládán do hromádek, aby se umožnilo odtoku promývací vody. Tato operace se provádí venku a je omezena na roční období, kdy jsou teploty nad bodem mrazu. Poté, co je písek vypuštěn, je umístěn do sušičky vzduchu, aby se odstranila veškerá vlhkost. Suchá zrna se pak prosejí, aby se získaly frakce specifické velikosti pro různé zákazníky.

Písek, který není vhodný ke štěpení, je oddělen a prodáván k jinému použití. Některý frakový písek může být potažen pryskyřicí, aby se zlepšil jeho výkon při operaci štěpení. Tento materiál bude prodáván jako prémiový produkt. Po zpracování je většina písku naložena přímo do vlakových vozů pro železniční dopravu.

Některé zpracovatelské závody se nacházejí v místě těžby. Stavba zpracovatelských zařízení je však velmi nákladná a někdy je sdílí i několik dolů. Jsou umístěny uprostřed několika dolů a písek je dodáván kamionem, vlakem nebo dopravníkem.

Kde se vyrábí a používá Frac Sand?

Před několika lety producenti ve Wisconsinu a Texasu dodávali velkou část frakčního písku používaného v ropném a plynárenském průmyslu. Velký nárůst poptávky způsobený rozmachem zemního plynu a břidlicové ropy však motivoval mnoho společností k poskytování tohoto produktu. Mnoho z těchto společností je v centrální části Spojených států, kde je St. Peter Sandstone a podobné skalní jednotky blízko povrchu a snadno se vykopávají. Tyto oblasti jsou také tam, kde tektonické síly nezpůsobily těžké skládání skalních jednotek a oslabily zrna písku. Hlavní oblast je ve středozápadních státech (Illinois, Indiana, Iowa, Kansas, Kentucky, Minnesota, Michigan, Missouri, Nebraska a Wisconsin).

Většina z vysoce čistých křemičitých písků ve Spojených státech je známa po celá desetiletí. Používají se pro sklářskou a metalurgickou výrobu. Současné hledání frakového písku není o „objevování nových zdrojů písku“, ale o určení toho, které zdroje produkují vynikající materiály.

Frac písek se používá k výrobě zemního plynu, kapalin zemního plynu a oleje z břidlic a dalších těsných hornin, kde je vyžadováno hydraulické štěpení. Patří sem: břidlice Marcellus, Utica, břidlice, Haynesville Shale, Fayetteville Shale, Eagle Ford Shale, Barnett Shale a mnoho dalších břidlicových her po celých Spojených státech.

St. Peter Sandstone: Fotografie pískovce svatého Petra limitovaného Joachim Dolomity pořízeným v blízkosti Pacifiku, Missouri. Obrázek ve veřejné doméně od Kbh3rd.

Zdroje a ceny písku Frac

Poptávka po frakovém písku v Severní Americe v posledních několika letech prudce vzrostla v reakci na četné břidlicové hry vyvíjející se v mnoha částech Spojených států a Kanady. Geologický průzkum Spojených států uvádí zdroj této produkce:

Ordovik St. Peter Sandstone na Středozápadě je primárním zdrojem křemičitého písku pro mnoho konečných použití a je také hlavním zdrojem frakčního písku. Ropný písek těžený v pěti státech je z rozumné dopravní vzdálenosti od četných podzemních břidlicových útvarů produkujících zemní plyn.
V roce 2011 bylo na Středozápadě vyprodukováno 59% frakčního písku.

Hlášené průměrné ceny frakčního písku v Ročence geologických průzkumů USA byly v roce 2010 mezi 45 USD za tunu a 50 USD za tunu. V roce 2011 se průměrná cena zvýšila na 54,83 USD. To je výrazně vyšší než průměrná cena 35 USD za tunu speciálního písku prodávaného mimo stavební průmysl.

Frac Sand Informace
1 Frac Sand ve Wisconsinu: Bruce Brown, průzkum geologické a přírodní historie Wisconsinu, informační list 05, 2012.
2 Fakta Frače: Mark Zdunczyk, článek Drilling Minerals, leden 2007.
3 Hydraulické štěpné propanty: článek, mapa zdrojů propantu z oxidu křemičitého v USA a video o důležitých vlastnostech frakčního písku, 2011.
4 $ a dolary - těžba písku Frac v údolí řeky: Reggie McLeod, Big River Magazine, červenec-srpen 2011.
5 ropných společností vypracovaných na Frac Sand: Isabel Ordonez, článek Dow Jones Newswires na webu Rigzone.com, květen 2012.
6 St. Peter Sandstone: článek na webových stránkách, ministerstvo přírodních zdrojů Missouri, program geologického průzkumu, naposledy přístupný v říjnu 2016.
7 Silica: Geologický průzkum Spojených států, ročenky minerálů z let 2005–2015.
8 Atlas podzemních vod Spojených států, Geologický průzkum Spojených států, řada Atlas hydrologických vyšetřování, publikovaná v letech 1992 až 2000.

Slinuté bauxitové propanty

Práškový bauxit lze za velmi vysokých teplot roztavit do malých kuliček. Tyto kuličky mají velmi vysokou odolnost proti rozdrcení a díky tomu jsou vhodné pro použití jako propant. Specifická hmotnost kuliček a jejich velikost mohou být přizpůsobeny viskozitě hydraulické frakční tekutiny a velikosti fraktur, u nichž se očekává, že se budou ve skále vyvíjet. Vyrobené propanty poskytují široký výběr velikosti zrn a měrné hmotnosti ve srovnání s přírodním propantem známým jako písek frac. Frac písek se v současnosti používá místo vyráběných propantů, protože má výhodu v nákladech a dopravě.