Pohyb propantu v plášti Frac byl přibit, ale jak důležitý je skutečně pro Shale Wells?

Propant se skládá z částic o velikosti písku vstřikovaných frakcí kapaliny během frakovací operace. V břidlicových ropných a plynových vrtech je frac tekutinou obvykle voda s nějakým reduktorem tření (jako mýdlo) přidaným ke snížení čerpacího tlaku frac. Účelem propantu je zabránit uzavření indukovaných prasklin v nádrži poté, co se frakování zastaví a zvýšený tlak odezní.

V vrtech břidlicové ropy a břidlicového plynu se jako propant používá směs písku o velikosti 100 mesh a písku o velikosti 40-70 mesh, přičemž obě tato zrna jsou menší než jeden milimetr. Takové malé velikosti částic písku jsou nezbytné pro to, aby byl písek unášen úzkými zlomy v síti zlomů vytvořené operací frakování. Větší písek by ucpal síť a nedal by se injektovat – to bylo zjištěno v prvních dnech břidlicové revoluce.

Horizontální vrty v břidlici jsou obvykle dvě míle dlouhé a jsou čerpány 40 samostatnými frakčními operacemi nebo etapami. Každý stupeň je zhruba 250 stop dlouhý a kovový kryt obsahuje 10-20 shluků perforací, s několika perforacemi v každém shluku. V ideálním případě je horizontální jamka těmito otvory důkladně perforována.

Cesta toku zrna propantu je nepolapitelná. Nejprve se zrno musí ohnout do pravého úhlu, aby se dostalo z proudění podél obalu do perforace. Pak je konfrontován se složitou geometrií zlomu – možná hlavním zlomem, který se větví do vedlejších zlomů, jako když se kmen stromu rozprostírá na větve a pak větvičky.

Bude zrno propantu schopno proniknout do všech těchto zlomů nebo jsou některé z nich příliš úzké? Pískové zrno o velikosti 100 mesh se může vtěsnat do užšího zlomu, zatímco zrno 40-70 to nedokáže.

Zlepšení produkce ropy a plynu použitím propantů s velikostí zrna menší než 100 mesh bylo zdokumentováno, a navrhuje, že stojí za to dostat i drobná zrnka propantu do menších zlomů, aby byly otevřené pro proudění molekul ropy nebo plynu. Jeden takový propant se nazývá DEEPROP.

Nové testy vytékání propantu z pláště.

Nedávno některé nové testy bylo provedeno vyšetřování proud proppanut skrz samotné pouzdro, což znamená krátkou délku horizontálního pouzdra, které bylo perforováno, aby mohlo unikat frakční tekutina. Nejde o podzemní test – potrubí leží na vaně na povrchu a vana shromažďuje propant a tekutinu, která opouští perforace.

Velký počet operátorů podpořil tento projekt, ve kterém byly použity různé shluky perforací s různým počtem perforací, designem a orientací. Byly studovány různé rychlosti čerpání, velikosti propantu a kvalita písku.

Testovací hardware byl maximálně realistický. Pouzdro mělo standardní průměr 5.5 palce, stejně jako průměry perforace. Rychlosti pumpy dosahovaly až 90 bpm (barelů za minutu), což nebylo nikdy předtím použito při testování pohybů propantu.

Byla testována jediná fáze lámání perforací různých shluků podél trubky o délce asi 200 stop. Každý shluk výkonu měl svůj vlastní plášť, který nasměroval zachycenou tekutinu a propant do vlastní nádrže, takže je bylo možné měřit.

Výsledky byly prezentovány pro dvě různé sady shluků: 8 shluků ve fázi se 6 výkony v každém shluku nebo 13 shluků ve fázi se 3 výkony v každém shluku. Testeři použili buď písek 40-70 mesh nebo 100-mesh písek nesený kluzkou vodní kapalinou čerpanou rychlostí 90 bpm.

Tyto dokumenty SPE uvádějí, že únik propantu přes shluky perf a do van je nerovnoměrný:

· Některé propantové předměty, zejména větší velikosti ok, jako je 40-70 mesh, proplouvají kolem prvních klastrových perforací a nevstupují do formace, dokud dále v této fázi. Tyto větší částice mají větší hybnost.

· Menší částice propantu, např. 100-mesh, vstupují do klastrových perforací rovnoměrněji.

· Designy s omezeným vstupem byly vyvinuty s použitím pouze jedné perforace na skupinu v horní části krytu.

· Zejména u většího propantu přitahují perforace na dně pouzdra příliš mnoho propantu (gravitační efekt) a mohou se zvětšit erozí, takže se méně propantu dostane do perforací shluků dále podél fáze frac.

Výstup propantu z pouzdra je nerovnoměrný.

Všechny testy odhalily nerovnoměrné výstupní distribuce propantu. Tabulka ukazuje poměr největšího propantu opouštějícího klastr: nejmenšího propantu opouštějícího klastr (tj. maximální propant: minimální propant), jakož i druhého největšího propantu: druhého nejnižšího propantu. Tyto poměry jsou zástupným znakem nerovnoměrnosti – větší poměr znamená nerovnoměrnější rozdělení a naopak.

Výsledky ukazují, že propant 40-70 mesh (větší poměry) je méně rovnoměrně distribuován než propant 100 mesh (nižší poměry) – v obou scénářích shluků.

Interpretace zpráv je taková, že více propantu 40-70, což jsou větší a těžší písková zrna, má tendenci být přenášeno svou hybností za dřívější shluky výkonů, než opustí pozdější shluky výkonů, ve srovnání s propantem o velikosti 100 mesh. .

To není tak ideální, protože cílem je dostat propant rovnoměrně rozdělený napříč všemi perforačními shluky v jedné fázi frakování. Ale teď k velké otázce, jak velký rozdíl to dělá?

Úkolem je optimalizovat postupy tak, aby distribuce propantu na výstupu byly rovnoměrnější. Ze zpráv byly výsledky testů začleněny do výpočtového modelu dynamiky tekutin (SPE 209178). Tento přístup byl zabudován do zlomového poradenského programu nazvaného StageCoach.

Mezitím zprávy uvádějí, že „nestejnoměrný tok propantu v plášti může být stejně důležitý jako variabilita formace a stínování napětí“. Podívejme se na to hlouběji.

Další zdroje variability produkce břidlic.

Skutečnou otázkou je, jak důležitá je nerovnoměrná distribuce propantu pro produkci břidlicové ropy a plynu?

Velká variabilita vrtů břidlicové ropy a plynu bylo zdokumentováno. Například horizontální vrty v Barnettově břidlici typické délky 4000-5000 stop ukazují, že spodních 10 % vrtů má méně než 600 Mcfd, zatímco horních 10 % vrtů má více než 3,900 XNUMX Mcfd.

Je známo několik dalších faktorů, které přispívají k široké variabilitě průtoků břidlicové ropy nebo plynu.

Pokud jsou horizontální délka jamky a orientace jamky normalizovány, aby se odstranila jejich variabilita, pak lze fáze frac, velikost propantu a množství propantu považovat za účinky prvního řádu. Tyto efekty prvního řádu byly upřednostněny a optimalizovány ve vyspělejších hrách s břidlicemi.

Dále jsou to geologické vlastnosti, jako jsou přirozené zlomy v břidlici, napětí in-situ a lámavost břidlicové horniny. Ty jsou považovány za efekty druhého řádu, protože je mnohem těžší je kvantifikovat. Snahy o minimalizaci těchto zdrojů variability zahrnují těžbu v horizontálním vrtu, instalaci optického kabelu nebo zvukových přístrojů nebo mikroseismických geofonů pro měření šíření puklin a interakce s místní geologií podél horizontálního vrtu.

Proti těmto zdrojům variability se zdá, že distribuce výstupu z pláště a stejnoměrnost propantu mají srovnatelnou důležitost jako jiné efekty druhého řádu, jako jsou geologie a změny napětí podél horizontálního vrtu. Neexistuje žádný způsob, že by uniformita výstupu pláště mohla odpovídat za variabilitu produkce mezi 600 Mcfd a 3,900 XNUMX Mcfd, jak bylo pozorováno v Barnett Shale.

Jinak řečeno, kritickou věcí je dostat propant opouštějící většinu shluků výkonů a do vytvořených zlomů. Toho bylo dosaženo čerpáním velmi malého propantu, 100-mesh nebo 40-70 mesh (a často obojího) a optimalizací koncentrace a množství propantu pro konkrétní hru z břidlice.

To je 90 % cíle, kterého bylo dosaženo s pozoruhodným úspěchem během břidlicové revoluce za posledních 20 let. Z nových povrchových testů je tedy těžké vidět, že malá variabilita výstupů propantu z jednoho perforačního klastru do druhého by mohla mít vliv prvního řádu na produkci ropy nebo plynu.

Ale možná výsledky z jiných testů, různých testů, v tomto projektu odhalí významnější účinky na produkci břidlic.