Fracturing is een belangrijk middel om de olie- en gasproductie te verhogen, met name voor de ontwikkeling van olie- en gasputten met een lage permeabiliteit en ultradiepe putten. Fracturing proppants zijn de kernproducten van de productie van olie- en gasfracturing, de belangrijkste materialen voor het ondersteunen van kunstmatige fracturen bij de transformatie van olie- en gasreservoirs, en de sleutel tot het verbeteren van het succespercentage van fracturering en het transformatie-effect.
Proppants zijn natuurlijk zand of kunstmatige keramische vaste deeltjes met een hoge sterkte met een bepaalde deeltjesgrootte, sterkte, bolvormigheid en gradering. Er zijn drie hoofdtypen proppants die in de industrie worden gebruikt: natuurlijk kwartszand, kunstmatige keramische deeltjes en gecoate proppants.
Kwartszand-proppanten
Het hoofdbestanddeel van natuurlijk kwartszand is SiO2, en er zijn ook kleine hoeveelheden Al2O3, Fe2O3, K2O, Na2O, CaO, MgO en andere componenten. Het belangrijkste minerale bestanddeel van kwartszand is kwarts, dat meestal boven de 80% ligt, en kwartszand van hoge kwaliteit kan boven de 98,5% uitkomen.
- Kwartszand is hard, slijtvast en chemisch stabiel. Het is alleen oplosbaar in waterstoffluoridezuur en onoplosbaar in andere zuren.
- Kwartszand is rijk aan grondstoffen, goedkoop, heeft een lage dichtheid (ongeveer 2,65 g•cm-3), is gemakkelijk te pompen en heeft na het breken nog steeds een goede geleidbaarheid, wat een bepaald effect heeft op de toename van de productie van olie- en gasputten met een lage sluitdruk.
- Kwartszandproppant is goedkoop, eenvoudig te gebruiken en heeft een relatief glad oppervlak nadat het is gewassen met rivierwater.
Deze eigenschappen maken kwartszand wijdverbreid gebruikt als een hydraulisch breukproppant. De deeltjesgrootte van kwartszand dat wordt gebruikt als een petroleumproppant ligt over het algemeen tussen 0.1mm en 2mm, ook bekend als breukproppant of breukzand.
- Kwartszand is bros en heeft een lage sterkte. Wanneer de druk van de scheursluiting hoog is, is het gemakkelijk te breken, waardoor het effectieve ondersteuningsoppervlak van de scheur aanzienlijk wordt verkleind en het doel van het vergroten van olie en gas niet kan worden bereikt.
- De oppervlakteruwheid van kwartszand is niet goed, wat niet bevorderlijk is voor het vergroten van de permeabiliteit van de scheur.
- Kwartszand heeft een grote thermische uitzettingscoëfficiënt. Wanneer de put diep is en de temperatuur hoog is, is er een risico op plotselinge uitzetting.
Deze nadelen zorgen ervoor dat natuurlijk kwartszand niet geschikt is voor hydraulisch fractureren bij de winning van diepe, slecht doorlatende olie en gas.
Omdat de sterkte van kwartszandproppant niet voldoende is om te voldoen aan de eisen van olie- en gasputten met een hoge afsluitdruk, hebben onderzoekers een kunstmatige ceramsietproppant uitgevonden.
Keramische proppant wordt vaak gemaakt van minerale materialen zoals bauxiet als belangrijkste grondstof, aangevuld met verschillende minerale additieven, en gesinterd in een drukloze atmosfeer. Afhankelijk van het verschil in bulkdichtheid en schijnbare dichtheid na het sinteren, kan ceramsite proppant worden onderverdeeld in drie typen: lage dichtheid, gemiddelde dichtheid en hoge dichtheid.
Vergeleken met kwartszandproppant heeft keramische proppant een hoge sfericiteit, glad oppervlak, goede vloeibaarheid, hoge druksterkte en lage breeksnelheid. De praktijk heeft aangetoond dat het gebruik van keramische proppant voor het breken van olieputten de productie met 30-50% kan verhogen en de levensduur van olie- en gasputten kan verlengen.
Keramische proppant heeft echter de volgende nadelen:
(1) De deeltjesdichtheid is groot en de sedimentatiesnelheid is hoog, wat hogere eisen stelt aan de pompomstandigheden en de prestaties van de breukvloeistof, en de kosten verhoogt.
(2) Bauxietbronnen zijn verspreid, de verwerking en mijnbouw zijn beperkt, de eisen aan grondstoffen zijn streng en het gebruik van de bronnen is beperkt.
Gecoate proppant
Coated proppant verbetert de sterkte en zuur- en alkalibestendigheid van de proppant, ook bekend als resin coated proppant. Het bestaat meestal uit twee delen, het binnenste deel is samengesteld uit aggregaat met een bepaalde sterkte, en het buitenste deel is gecoat met resin als coating.
- Met hars gecoate proppant heeft de kenmerken van een lage dichtheid en een hoge druksterkte.
- Gecoate proppant heeft een glad oppervlak, een goede watergeleiding en is gemakkelijk te dragen en te transporteren.
- Naast het gebruik als breuksteunmiddel kan met hars gecoat steunmiddel ook effectief het terugstromen van steunmiddel, oppervlakteafschilfering en formatieschuring tijdens de terugvloeiing van breukvloeistof voorkomen.
- Elk deeltje van de met hars bedekte proppant heeft een uniforme en taaie harsmantel. Bovendien zijn de deeltjes door een bepaald polymerisatie-effect aan elkaar gebonden, waardoor ze een goede stabiliteit bij hoge temperaturen en corrosiebestendigheid tegen zuur hebben.
De nadelen van met hars gecoate proppant zijn de hoge kosten, de slechte chemische stabiliteit, de gemakkelijke binding bij hoge sluitspanning en de aanzienlijk verminderde geleidbaarheid.