حرکت Proppant در پوشش Frac شکسته شده است، اما واقعا چقدر برای چاه های شیل مهم است؟

Proppant از ذرات به اندازه ماسه تشکیل شده است که در طی عملیات شکستگی با مایع فرک تزریق می شود. در چاه‌های نفت و گاز شیل، سیال frac معمولاً آب است و مقداری کاهنده اصطکاک (مانند صابون) اضافه می‌شود تا فشار پمپاژ فرک را کاهش دهد. هدف از پروپانت جلوگیری از بسته شدن شکستگی های ناشی از مخزن پس از توقف شکستگی و از بین رفتن فشار افزایش یافته است.

در چاه‌های نفت شیل و گاز شیل، ماسه مورد استفاده ترکیبی از ماسه 100 مش و شن 40 تا 70 مش است و این دانه‌ها هر دو کوچکتر از یک میلی‌متر هستند. چنین اندازه ذرات شن و ماسه کوچکی برای حمل شن از طریق شکستگی های باریک در شبکه شکستگی ایجاد شده توسط عملیات شکستگی ضروری است. ماسه بزرگ‌تر شبکه را وصل می‌کند و قابل تزریق نیست - این در روزهای اولیه انقلاب شیل مشخص شد.

به طور معمول، چاه های افقی در شیل دو مایل طول دارند و با 40 عملیات یا مرحله جداسازی فرکینگ پمپ می شوند. هر مرحله تقریباً 250 فوت طول دارد و پوشش فلزی شامل 10-20 خوشه سوراخ است که در هر خوشه چندین سوراخ وجود دارد. در حالت ایده آل، چاه افقی به طور کامل با این سوراخ ها سوراخ می شود.

مسیر جریان یک دانه proppant گریزان است. ابتدا دانه باید یک خم زاویه راست ایجاد کند تا از جریان در امتداد پوشش به سوراخ تبدیل شود. سپس با یک هندسه شکستگی پیچیده روبرو می شود - شاید یک شکستگی اصلی که به شکستگی های فرعی منشعب می شود، مانند یک تنه درخت که به شاخه ها و سپس شاخه ها گسترش می یابد.

آیا دانه پروپانت می تواند وارد همه این شکستگی ها شود یا برخی از آنها خیلی باریک هستند؟ یک دانه شن 100 مش ممکن است بتواند در شکستگی باریک تر در زمانی که یک دانه 40-70 نمی تواند فشرده شود.

بهبود تولید نفت و گاز با استفاده از پروپانت هایی با اندازه دانه کوچکتر از 100 مش مستند شده استو نشان می دهد که ارزش آن را دارد که حتی دانه های ریز را به شکستگی های کوچکتر تبدیل کنیم تا آنها را در برابر جریان مولکول های نفت یا گاز باز نگه داریم. یکی از این مواد DEEPROP نام دارد.

آزمایش‌های جدید جریان محرک خارج از پوشش.

اخیراً برخی آزمایش های جدید انجام شده است که بررسی می شود جریان پروپانt از طریق خود پوشش، به معنای طول کوتاهی از پوشش افقی است که سوراخ شده است تا مایع frac خارج شود. این یک آزمایش زیرزمینی نیست - لوله‌ها روی یک وان در سطح قرار می‌گیرند و وان مواد و مایعی را که از سوراخ‌ها خارج می‌شود جمع‌آوری می‌کند.

تعداد زیادی از اپراتورها از این پروژه پشتیبانی کرده اند که در آن از انواع خوشه های پرف با هزینه های سوراخ، طرح ها و جهت گیری های مختلف استفاده شده است. نرخ های مختلف پمپاژ، اندازه و کیفیت شن و ماسه مورد مطالعه قرار گرفته است.

سخت افزار تست تا حد ممکن واقع بینانه بود. پوشش استاندارد 5.5 اینچ و قطر سوراخ بود. نرخ پمپ تا 90 bpm (بشکه در دقیقه) بود که قبلاً هرگز در آزمایش حرکات پروپانت استفاده نشده بود.

یک مرحله شکستگی منفرد با سوراخ کردن خوشه‌های مختلف در امتداد لوله‌ای به طول حدود 200 فوت آزمایش شد. هر خوشه پرف دارای کفن مخصوص به خود بود که مایع گرفته شده و محرک را به مخزن خود هدایت می کرد، بنابراین می توان آنها را اندازه گیری کرد.

نتایج برای دو مجموعه مختلف از خوشه ها ارائه شد: 8 خوشه در یک مرحله با 6 پرف در هر خوشه، یا 13 خوشه در مرحله با 3 پرف در هر خوشه. آزمایش‌کنندگان از شن و ماسه 40 تا 70 مش یا شن 100 مش استفاده کردند که توسط سیال آب صاف و با سرعت 90 ضربه در دقیقه پمپ می‌شد.

این مقالات SPE گزارش می دهند که فرار از طریق خوشه های پرف و به داخل وان ها ناهموار است:

· برخی از اقلام حمایتی، به ویژه اندازه های مش بزرگتر مانند مش 40-70، از اولین سوراخ های خوشه ای عبور می کنند و تا دورتر از آن مرحله وارد سازند نمی شوند. این ذرات بزرگتر حرکت بیشتری دارند.

· ذرات کوچکتر محرک مانند 100 مش به طور یکنواخت تر وارد سوراخ های خوشه می شوند.

· طرح های ورودی محدودی با استفاده از تنها یک سوراخ در هر خوشه در بالای پوشش ایجاد شده است.

مخصوصاً برای تکیه گاه های بزرگتر، سوراخ ها در پایین بدنه باعث جذب بیش از حد محرک (اثر گرانشی) می شوند و ممکن است در اثر فرسایش بزرگتر شوند، به طوری که هوای کمتری به سوراخ های خوشه ای بیشتر در امتداد مرحله فرک می رسد.

خروج Proppant از پوشش ناهموار است.

همه آزمایش‌ها توزیع ناهموار خروجی را نشان دادند. جدول نسبت بزرگ ترین ماده خروجی از خوشه را نشان می دهد. این نسبت ها پروکسی برای ناهمواری هستند - نسبت بزرگتر به معنای توزیع ناهموارتر است و بالعکس.

نتایج نشان می‌دهد که در هر دو سناریو خوشه‌ای، محرک مش 40-70 (نسبت‌های بزرگ‌تر) به طور مساوی کمتر از پیش‌پاش 100 مش (نسبت‌های پایین‌تر) توزیع می‌شود.

تفسیری که گزارش‌ها ارائه می‌کنند این است که بیشتر از 40 تا 70 ماسه، که دانه‌های شنی بزرگ‌تر و سنگین‌تر هستند، در مقایسه با پیش‌پرنده 100 مش، تمایل دارند با تکانه‌شان قبل از خروج در خوشه‌های پرف قبلی از کنار خوشه‌های پرف قبلی عبور کنند. .

این چندان ایده‌آل نیست زیرا هدف این است که در یک مرحله از شکستگی، ماده به طور مساوی در تمام خوشه‌های سوراخ توزیع شود. اما اکنون به این سوال بزرگ که چقدر این تفاوت ایجاد می کند؟

چالش این است که رویه ها را بهینه کنیم تا توزیع های خروجی یکنواخت تر باشند. از گزارش ها، نتایج آزمون در یک مدل دینامیک سیالات محاسباتی گنجانده شده است.SPE 209178). این رویکرد در یک برنامه مشاوره شکستگی به نام StageCoach ساخته شده است.

در همین حال، گزارش‌ها بیان می‌کنند که «جریان غیریکنواخت ماده محرک در بدنه می‌تواند به اندازه تغییرپذیری سازند و سایه تنش مهم باشد». بیایید عمیق تر به این نگاه کنیم.

سایر منابع تنوع تولید شیل.

سوال واقعی این است که توزیع نابرابر پروپانت برای تولید نفت و گاز شیل چقدر اهمیت دارد؟

تنوع زیاد چاه های نفت و گاز شیل مستند شده است. به عنوان مثال، چاه های افقی در شیل بارنت با طول معمولی 4000-5000 فوت نشان می دهد که 10 درصد پایین چاه ها کمتر از 600 Mcfd تولید می کنند در حالی که 10 درصد بالای چاه ها بیش از 3,900 Mcfd تولید می کنند.

چندین عامل دیگر نیز به تغییر گسترده دبی نفت یا گاز شیل کمک می کنند.

اگر طول چاه افقی و جهت گیری چاه نرمال شود تا تغییرپذیری آنها حذف شود، در این صورت مراحل فراکسی، اندازه پروپانت و مقادیر پروپانت ممکن است اثرات مرتبه اول در نظر گرفته شوند. این افکت‌های مرتبه اول در نمایش‌های شیل بالغ‌تر اولویت‌بندی و بهینه‌سازی شده‌اند.

سپس ویژگی های زمین شناسی مانند شکستگی های طبیعی در شیل، تنش درجا و شکست پذیری سنگ شیل وجود دارد. اینها اثرات درجه دوم در نظر گرفته می شوند زیرا تعیین کمیت آنها بسیار دشوارتر است. تلاش‌ها برای به حداقل رساندن این منابع تغییرپذیری شامل ورود چاه افقی، نصب کابل نوری یا ابزار صوتی یا ژئوفون‌های ریز لرزه‌ای برای اندازه‌گیری گسترش شکستگی و تعامل با زمین‌شناسی محلی در امتداد چاه افقی است.

در برابر این منابع تغییرپذیری، توزیع خروجی پوشش و یکنواختی مواد محرک از اهمیت قابل مقایسه ای با سایر اثرات مرتبه دوم مانند زمین شناسی و تغییرات تنش در امتداد چاه افقی برخوردار است. هیچ راهی وجود ندارد که یکنواختی خروجی محفظه بتواند تغییرات تولید را بین 600 Mcfd و 3,900 Mcfd که در شیل بارنت مشاهده شده است، توضیح دهد.

اگر بخواهیم این را به روشی دیگر بگوییم، نکته حیاتی این است که از بیشتر خوشه‌های پرف، مواد اولیه خارج شده و وارد شکستگی‌های ایجاد شده شوند. این امر با پمپاژ پروپانت بسیار کوچک، مش 100 یا 40-70 مش (و اغلب هر دو) و بهینه سازی غلظت و مقادیر آن برای یک بازی شیل خاص به دست آمده است.

این 90 درصد هدفی است که در انقلاب شیل در 20 سال گذشته با موفقیت قابل توجهی محقق شده است. بنابراین، از آزمایش‌های سطحی جدید به سختی می‌توان فهمید که تغییر جزئی در خروجی‌های هوا از یک خوشه سوراخ‌دار به دیگری می‌تواند تأثیری درجه اول بر تولید نفت یا گاز داشته باشد.

اما شاید نتایج حاصل از آزمایش‌های دیگر، آزمایش‌های مختلف، در این پروژه تأثیرات مهم‌تری را بر تولید شیل نشان دهد.