Pohyb propantu v puzdre Frac bol pribitý, ale aký dôležitý je skutočne pre bridlicové vrty?

Propant pozostáva z častíc s veľkosťou piesku, do ktorých sa vstrekuje frakčná tekutina počas frakovania. V bridlicových ropných a plynových vrtoch je frac tekutinou zvyčajne voda s nejakým reduktorom trenia (ako mydlo) pridaným na zníženie čerpacieho tlaku frac. Účelom propantu je zastaviť uzavretie indukovaných prasklín v nádrži po zastavení štiepenia a po vymiznutí zvýšeného tlaku.

V vrtoch bridlicovej ropy a bridlicového plynu sa ako výplň používa zmes piesku 100 mesh a piesku 40-70 mesh, pričom obe zrná sú menšie ako milimeter. Takéto malé častice piesku sú potrebné na to, aby bol piesok unášaný úzkymi puklinami v sieti zlomov vytvorenej pri frakovaní. Väčší piesok by zapchal sieť a nedal by sa injektovať – to sa zistilo v prvých dňoch bridlicovej revolúcie.

Horizontálne vrty v bridlici sú zvyčajne dve míle dlhé a sú čerpané 40 samostatnými frakčnými operáciami alebo fázami. Každý stupeň je dlhý približne 250 stôp a kovový kryt obsahuje 10-20 zhlukov perforácií, pričom v každom zhluku je niekoľko perforácií. V ideálnom prípade je horizontálna studňa dôkladne perforovaná týmito otvormi.

Dráha toku zrna propantu je nepolapiteľná. Najprv sa zrno musí ohnúť do pravého uhla, aby sa dostalo z prúdenia pozdĺž obalu do perforácie. Potom je konfrontovaný so zložitou geometriou zlomu – možno s hlavným zlomom, ktorý sa rozvetvuje na vedľajšie zlomy, ako keby sa kmeň stromu rozprestieral na konáre a potom vetvičky.

Bude propantové zrno schopné vstúpiť do všetkých týchto zlomov alebo sú niektoré z nich príliš úzke? Pieskové zrno s veľkosťou 100 mesh sa môže vtlačiť do užšej trhliny, keď zrno s veľkosťou 40-70 nemôže.

Zlepšenie produkcie ropy a plynu použitím propantov s veľkosťou zrna menšou ako 100 mesh bol zdokumentovaný, a navrhuje, že stojí za to dostať čo i len drobné zrnká propantu do menších puklín, aby boli otvorené pre prúdenie molekúl ropy alebo plynu. Jeden takýto propant sa nazýva DEEPROP.

Nové testy výtoku propantu z plášťa.

Nedávno niektoré nové testy boli vykonané, ktoré skúmajú prietok propánut cez samotné puzdro, čo znamená krátku dĺžku horizontálneho puzdra, ktoré bolo perforované, aby prepúšťalo frac tekutinu. Nie je to podzemný test – potrubie leží na vani na povrchu a vaňa zbiera propant a tekutinu, ktorá vystupuje z perforácií.

Veľký počet operátorov podporil tento projekt, v ktorom sa použili rôzne zhluky výkonov s rôznymi nábojmi, dizajnom a orientáciou. Boli študované rôzne rýchlosti čerpania, veľkosti propantu a kvalita piesku.

Testovací hardvér bol maximálne realistický. Puzdro bolo štandardne 5.5 palca, rovnako ako priemery perforácie. Rýchlosti čerpania dosahovali až 90 bpm (barelov za minútu), čo sa nikdy predtým nepoužívalo pri testovaní pohybov propantu.

Testovalo sa jedno štádium lámania, a to perforovaním rôznych zhlukov pozdĺž potrubia s dĺžkou asi 200 stôp. Každý zhluk výkonov mal svoj vlastný plášť, ktorý nasmeroval zachytenú tekutinu a propant do vlastnej nádrže, aby sa dali merať.

Výsledky boli prezentované pre dva rôzne súbory klastrov: 8 klastrov v štádiu so 6 výkonmi v každom klastri alebo 13 klastrov v štádiu s 3 výkonmi v každom klastri. Testeri použili buď piesok 40-70 mesh alebo 100-mesh piesok nesený hladkou vodnou tekutinou čerpanou rýchlosťou 90 bpm.

Tieto dokumenty SPE uvádzajú, že únik propantu cez zhluky perf a do vaní je nerovnomerný:

· Niektoré propantové predmety, najmä väčšie veľkosti ôk, ako je 40-70 mesh, preplávajú okolo prvých klastrových perforácií a nevstúpia do formácie, kým ďalej v tejto fáze. Tieto väčšie častice majú väčšiu hybnosť.

· Menšie častice propantu, ako napríklad 100-mesh, vstupujú do klastrových perforácií rovnomernejšie.

· Boli vyvinuté dizajny s obmedzeným vstupom s použitím iba jednej perforácie na skupinu v hornej časti krytu.

· Najmä v prípade väčšieho propantu, perforácie v spodnej časti obalu priťahujú príliš veľa propantu (gravitačný efekt) a môžu sa zväčšiť eróziou, takže menej propantu sa dostane do zhlukových perforácií ďalej pozdĺž štádia frac.

Výstup propantu z plášťa je nerovnomerný.

Všetky testy odhalili nerovnomerné rozloženie výstupného propantu. Tabuľka ukazuje pomer najväčšieho propantu opúšťajúceho klaster: najmenšieho propantu opúšťajúceho klaster (tj maximálny propant: minimálny propant), ako aj druhého najväčšieho propantu: druhého najnižšieho propantu. Tieto pomery sú zástupcom nerovnomernosti – väčší pomer znamená nerovnomernejšie rozdelenie a naopak.

Výsledky ukazujú, že 40-70 mesh propant (väčšie pomery) je menej rovnomerne distribuovaný ako 100-mesh propant (nižšie pomery) – v oboch klastrových scenároch.

Interpretácia uvedená v správach je taká, že viac propantu s veľkosťou 40 – 70, čo sú väčšie a ťažšie pieskové zrná, má tendenciu byť unášané svojou hybnosťou za skoršie zhluky výkonnosti pred výstupom do neskorších zhlukov výkonnosti v porovnaní s propantom so 100 mesh. .

To nie je také ideálne, pretože cieľom je dosiahnuť rovnomernú distribúciu propantu vo všetkých perforačných zhlukoch v jednom štádiu štiepenia. Ale teraz k veľkej otázke, aký veľký rozdiel to robí?

Výzvou je optimalizovať postupy tak, aby distribúcie výstupov propantu boli rovnomernejšie. Zo správ boli výsledky testov začlenené do výpočtového modelu dynamiky tekutín (SPE 209178). Tento prístup bol zakomponovaný do poradenského programu s názvom StageCoach.

Medzitým sa v správach uvádza, že „nerovnomerný tok propantu v obale môže byť rovnako dôležitý ako variabilita formovania a tieňovanie napätia“. Pozrime sa na to hlbšie.

Iné zdroje variability produkcie bridlíc.

Skutočnou otázkou je, aká dôležitá je nerovnomerná distribúcia propantu pre produkciu bridlicovej ropy a plynu?

Veľká variabilita vrtov bridlicovej ropy a plynu bol zdokumentovaný. Napríklad horizontálne vrty v Barnettovej bridlici s typickou dĺžkou 4000 – 5000 stôp ukazujú, že spodných 10 % vrtov má hodnotu menej ako 600 Mcfd, zatiaľ čo horných 10 % vrtov dosahuje viac ako 3,900 XNUMX Mcfd.

Je známych niekoľko ďalších faktorov, ktoré prispievajú k veľkej variabilite prietokov bridlicovej ropy alebo plynu.

Ak sa horizontálna dĺžka jamky a orientácia jamky normalizujú, aby sa odstránila ich variabilita, potom sa fázy frac, veľkosť propantu a množstvá propantu môžu považovať za účinky prvého poriadku. Tieto efekty prvého rádu boli uprednostňované a optimalizované v zrelších bridlicových hrách.

Ďalej sú to geologické vlastnosti, ako sú prirodzené zlomy v bridlici, napätie in-situ a lámavosť bridlicovej horniny. Tieto sú považované za efekty druhého rádu, pretože je oveľa ťažšie ich kvantifikovať. Snahy o minimalizáciu týchto zdrojov variability zahŕňajú ťažbu horizontálneho vrtu, inštaláciu optického kábla alebo zvukových prístrojov alebo mikroseizmických geofónov na meranie šírenia puklín a interakcie s miestnou geológiou pozdĺž horizontálneho vrtu.

Oproti týmto zdrojom variability sa zdá, že distribúcia výstupného plášťa a rovnomernosť propantu majú porovnateľnú dôležitosť ako iné efekty druhého rádu, ako sú geológia a zmeny napätia pozdĺž horizontálnej studne. Neexistuje žiadny spôsob, že by uniformita výstupu plášťa mohla zodpovedať za variabilitu produkcie medzi 600 Mcfd a 3,900 XNUMX Mcfd, ako bolo pozorované v Barnett Shale.

Aby sme to povedali inak, kritickou vecou je dostať propant opúšťajúci väčšinu zhlukov výkonov a do vytvorených zlomov. To sa dosiahlo čerpaním veľmi malého propantu, 100-mesh alebo 40-70 mesh (a často oboch) a optimalizáciou koncentrácie a množstva propantu pre konkrétnu bridlicovú hru.

Toto je 90 % cieľa, ktorý bol s pozoruhodným úspechom dosiahnutý počas bridlicovej revolúcie za posledných 20 rokov. Z nových povrchových testov je teda ťažké vidieť, že malá variabilita výstupov propantu z jedného perforačného klastra do druhého by mohla mať vplyv prvého rádu na produkciu ropy alebo plynu.

Ale možno výsledky z iných testov, rôznych testov, v tomto projekte odhalia významnejšie účinky na produkciu bridlice.