Frakturiranje je važno sredstvo za povećanje proizvodnje nafte i plina, posebno za razvoj niskopropusnih i ultra dubokih naftnih i plinskih bušotina. Propanti za frakturiranje su ključni proizvodi proizvodnje frakturiranja nafte i plina, ključni materijali za podupiranje umjetnih fraktura u transformaciji ležišta nafte i plina i ključ za poboljšanje stope uspjeha frakturiranja i učinka transformacije.
Propanti su prirodni pijesak ili umjetne keramičke čvrste čestice visoke čvrstoće s određenom veličinom čestica, čvrstoćom, sferičnošću i gradacijom. Tri su glavne vrste propanta koji se koriste u industriji: prirodni kvarcni pijesak, umjetne keramičke čestice i premazani propanti.
Propanti od kvarcnog pijeska
Glavna komponenta prirodnog kvarcnog pijeska je SiO2, a prisutne su i male količine Al2O3, Fe2O3, K2O, Na2O, CaO, MgO i drugih komponenti. Glavna mineralna komponenta kvarcnog pijeska je kvarc, koji je obično iznad 80%, a visokokvalitetni kvarcni pijesak može doseći i preko 98,5%.
- Kvarcni pijesak je tvrd, otporan na habanje i kemijski stabilan. Topljiv je samo u fluorovodičnoj kiselini, a netopljiv u drugim kiselinama.
- Kvarcni pijesak je bogat resursima, jeftin je, niske gustoće (oko 2,65 g•cm-3), lako se pumpa i još uvijek ima dobru vodljivost nakon drobljenja, što ima određeni učinak na povećanje proizvodnje nafte i plina bušotine s niskim tlakom zatvaranja.
- Propant od kvarcnog pijeska ima nisku cijenu, jednostavan za rukovanje i relativno glatku površinu nakon što ga ispere riječna voda.
Zbog ovih karakteristika kvarcni pijesak se široko koristi kao propant za hidrauličko frakturiranje. Veličina čestica kvarcnog pijeska koji se koristi kao naftni propant općenito je između 0,1 mm i 2 mm, također poznat kao propant za lomljenje ili pijesak za lomljenje.
- Kvarcni pijesak je krt i ima malu čvrstoću. Kada je pritisak zatvaranja pukotine visok, lako se slomi, uvelike smanjujući efektivnu potpornu površinu pukotine i ne može postići svrhu povećanja nafte i plina.
- Hrapavost površine kvarcnog pijeska nije dobra, što ne doprinosi povećanju propusnosti pukotine.
- Kvarcni pijesak ima veliki toplinski koeficijent širenja. Kada je bunar dubok i temperatura visoka, postoji opasnost od naglog širenja.
Ovi nedostaci čine prirodni kvarcni pijesak nesposobnim zadovoljiti potrebe hidrauličkog frakturiranja u dubokom razvoju nafte i plina niske propusnosti.
Budući da čvrstoća propanta od kvarcnog pijeska nije dovoljna da zadovolji zahtjeve tlačnih naftnih i plinskih bušotina s visokim brtvljenjem, istraživači su izumili propant od umjetnog keramzita.
Keramički propant često je izrađen od mineralnih materijala kao što je boksit kao glavna sirovina, dopunjen raznim mineralnim dodacima, te sinteriran u atmosferi bez tlaka. Prema razlici u nasipnoj gustoći i prividnoj gustoći nakon sinteriranja, keramzitni propant može se podijeliti u tri vrste: niske gustoće, srednje gustoće i visoke gustoće.
U usporedbi s propantom od kvarcnog pijeska, keramički propant ima visoku sferičnost, glatku površinu, dobru fluidnost, visoku tlačnu čvrstoću i nisku stopu drobljenja. Praksa je pokazala da korištenje keramičkog propanta za frakturiranje naftnih bušotina može povećati proizvodnju za 30-50% i produžiti vijek trajanja naftnih i plinskih bušotina.
Međutim, keramički propant ima sljedeće nedostatke:
(1) Gustoća čestica je velika, a brzina sedimentacije velika, što postavlja veće zahtjeve na uvjete crpljenja i performanse tekućine za frakturiranje te povećava troškove.
(2) Resursi boksita su raštrkani, obrada i rudarenje su ograničeni, a zahtjevi za sirovinama su strogi, a korištenje resursa je ograničeno.
Obloženi proppant
Obloženi propant poboljšava čvrstoću i otpornost propanta na kiseline i lužine, također poznatog kao propant obložen smolom. Obično se sastoji od dva dijela, unutarnji dio je sastavljen od agregata određene čvrstoće, a vanjski dio je premazan smolom kao premazom.
- Propant obložen smolom ima karakteristike niske gustoće i visoke tlačne čvrstoće.
- Obloženi propant ima glatku površinu, dobru vodljivost vode i jednostavan je za nošenje i transport.
- Osim što se koristi kao propant za lomljenje, propant obložen smolom također može učinkovito spriječiti povratni tok propanta, površinsko ljuštenje i brušenje formacije tijekom refluksa tekućine za lomljenje.
- Svaka čestica propanta obloženog smolom ima ujednačenu i čvrstu ljusku od smole, a čestice su također povezane zajedno zbog određenog učinka polimerizacije, tako da ima dobru stabilnost pri visokim temperaturama i otpornost na kiselu koroziju.
Nedostaci propanta obloženog smolom su visoka cijena, slaba kemijska stabilnost, lako lijepljenje pod velikim naprezanjem zatvaranja i značajno smanjena vodljivost.