Conţinut
- Un nisip rezistent la zdrobire pentru puturile de petrol și gaze
- Cum se folosește nisipul Frac?
- Frac Nisip ca „Proppant”
- Ce tip de nisip?
- Instalații de prelucrare a nisipului Frac
- Unde este produs și utilizat Frac Nisip?
- Surse și prețuri de nisip Frac
- Propatanti de bauxita sinterizati
Frac nisip: Vedere de aproape a nisipului frac (în dreapta) și a unui nisip tipic de dimensiuni similare de cereale (în stânga). Observați cum nisipul frac are o dimensiune mai uniformă a bobului, forme de cereale rotunjite frumos și o compoziție uniformă. Este, de asemenea, un material foarte dur, care poate rezista forțelor compresive de până la câteva tone pe inch pătrat. Cerealele din această imagine au dimensiunea de aproximativ 0,50 milimetri.
Producție de nisip frac: Acest grafic ilustrează creșterea spectaculoasă a producției de nisip frac în Statele Unite. Date din Anuarul Mineralelor Studiului Geologic din Statele Unite ale Americii, 2005-2015.
Un nisip rezistent la zdrobire pentru puturile de petrol și gaze
„Frac nisip” este un nisip de cuarț cu puritate ridicată, cu boabe foarte durabile și foarte rotunde. Este un material rezistent la zdrobire produs pentru industria petrolului. Este utilizat în procesul de fracturare hidraulică (cunoscut sub numele de "fracking") pentru a produce lichide petroliere, cum ar fi uleiul, gazele naturale și lichidele de gaze naturale din unitățile de rocă, care nu dispun de un spațiu de pori adecvat pentru ca aceste fluide să curgă într-un puț. Majoritatea nisipului frac este un material natural obținut din gresie de înaltă puritate. Un produs alternativ este mărgelele ceramice realizate din bauxită sinterizată sau mărgele mici din metal din aluminiu.
Cererea de nisip frac a explodat în ultimii ani, în timp ce mii de puțuri de petrol și gaze naturale sunt stimulate prin procesul de fracturare hidraulică. (Vezi graficul de producție.) O lucrare de fracturare hidraulică pe un puț poate necesita câteva mii de tone de nisip. Această creștere a forajului specializat a creat o industrie de nisip frac de un miliard de dolari într-un timp foarte scurt. Între 2005 și 2015, cantitatea de nisip frac utilizat de industria de petrol și gaze a crescut dramatic.
Videoclip cu nisip Frac: Video realizat de Silica din SUA care demonstrează caracteristicile unui nisip frac de înaltă calitate.
Cum se folosește nisipul Frac?
Unele unități de rocă subterane, cum ar fi șisturile organice conțin cantități mari de ulei, gaze naturale sau lichide de gaze naturale care nu vor curge liber către o fântână. Ele nu vor curge către o fântână, deoarece unitatea de rocă fie nu are permeabilitate (spații de pori interconectate), fie spațiile de pori din rocă sunt atât de mici încât aceste fluide nu pot circula prin ele.
Procesul de fracturare hidraulică rezolvă această problemă generând fracturi în rocă. Acest lucru se realizează prin forarea unui puț în piatră, sigilarea porțiunii din zona poartă petrol și pomparea apei sub presiune înaltă în acea porțiune a puțului. Această apă este, în general, tratată cu substanțe chimice și agenți de îngroșare, cum ar fi guma de guar pentru a crea un gel vâscos. Acest gel facilitează capacitatea apelor de a transporta grăuntele de nisip frac în suspensie.
Pompele mari de pe suprafața Pământului cresc presiunea apei în porțiunea sigilată a puțului până când este suficient de mare pentru a depăși punctul de rupere al rocilor înconjurătoare. Când punctul lor de rupere este atins, se fracturează brusc și apa se repezește rapid în fracturi, umflându-le și extinzându-le mai adânc în stâncă. Miliarde de boabe de nisip sunt transportate adânc în fracturi de această bruscă apă. Pentru a stimula un singur puț poate fi necesară câteva mii de tone de nisip frac.
Videoclip cu nisip Frac: Video realizat de Silica din SUA care demonstrează caracteristicile unui nisip frac de înaltă calitate.
Fracturarea hidraulică: Diagrama simplificată a unui puț de gaz natural care a fost construit cu foraj orizontal pentru a crește lungimea de penetrare prin șistul Marcellus. Fracturarea hidraulică se face de obicei în porțiunea orizontală a puțului pentru a stimula un flux de gaz din șist. Această configurație a puțului este folosită în jocurile de șist din Statele Unite.
Frac Nisip ca „Proppant”
Când pompele sunt oprite, fracturile se dezumflă, dar nu se închid complet - pentru că sunt proptite prin deschidere de miliarde de boabe de nisip frac. Acest lucru se întâmplă numai dacă au fost livrate în rocă destule boabe de nisip pentru a rezista forței fracturilor de închidere.
Noile fracturi din rocă, propuse deschise de boabele de nisip durabile, formează o rețea de spațiu pentru porți care permite fluidelor petroliere să iasă din rocă și în fântână. Nisipul Frac este cunoscut sub numele de "proppant", deoarece susține fracturile deschise.
Alte materiale care au fost utilizate ca proppant includ perle ceramice, margele de aluminiu și bauxită sinterizată. Nisipul Frac oferă, în general, cel mai înalt nivel de performanță, iar în prezent este cel mai frecvent folosit de industria petrolieră.
Harta nisipului Jordan: Multe dintre unitățile de rocă care sunt exploatate în prezent pentru nisip frac sunt, de asemenea, acvifere. Acest lucru face ca publicațiile de cercetare a apelor subterane, precum seria de atlasuri de apă subterană din Studiul Geologic al Statelor Unite, să constituie documente de prospectare valoroase pentru determinarea prezenței, grosimii și structurii unităților de rocă de gresie.Această hartă provine din Atlasul de apă subterană din Statele Unite pentru Iowa, Michigan, Minnesota și Wisconsin. Prezintă întinderea și grosimea geografică a pietrei de nisip Jordan în Minnesota și Iowa. Hărți similare au fost publicate în această serie pentru alte unități de rocă de gresie și alte zone geografice.
Ce tip de nisip?
Producătorii de produse petroliere trebuie să îndeplinească specificații foarte exigente. Caracteristicile unui nisip frac de înaltă calitate includ:
- nisip de silice de înaltă puritate
- mărimea bobului se potrivește perfect cu cerințele postului
- formă sferică care îi permite să fie transportată în fluid de fracturare hidraulică cu turbulență minimă
- durabilitate pentru a rezista forțelor de strivire a fracturilor de închidere
Nisipul Frac este produs într-o gamă de dimensiuni de la 0,1 milimetri în diametru până la peste 2 milimetri în diametru, în funcție de specificațiile clientului. Cea mai mare parte a nisipului frac consumat are dimensiuni cuprinse între 0,4 și 0,8 milimetri.
Unitățile de piatră, cum ar fi piatra de nisip St. Peter, Jordan Sandstone, Oil Creek Sandstone și Hickory Sandstone au fost surse potențiale de material nisip frac. Aceste unități de rocă sunt compuse din boabe de cuarț care au trecut prin mai multe cicluri de intemperii și eroziune. Această istorie lungă a eliminat aproape toate cerealele minerale, altele decât cuartul și a produs cereale cu forme foarte rotunde. Acesta este motivul pentru care nisipul dragat din râuri, săpat din terase sau scos de pe plaje este puțin probabil să producă un produs bun.
Acolo unde sunt produse aceste unități de rocă, acestea sunt de obicei moi, slab cimentate și uneori ușor rezistente. Acest lucru le permite să fie excavate și zdrobite cu o deteriorare minimă a boabelor de cuarț. Nisipul cu puritate ridicată din zone precum Appalachii nu este adesea potrivit pentru nisipul frac, deoarece a fost supus unor forțe tectonice care au deformat roca și au slăbit boabele de nisip.
Mina de nisip Frac din Wisconsin: Vedere aeriană a unei operațiuni de exploatare a nisipului frac din Wisconsin. Nisipul Frac este un produs extrem de specializat care poate fi produs numai dintr-un număr mic de zăcăminte de nisip.
Instalație de prelucrare a nisipului Frac: Vedere aeriană a unei instalații de procesare a nisipului frac din Wisconsin.
Instalații de prelucrare a nisipului Frac
Nisipul Frac nu este folosit direct de la sol. Necesită procesare pentru a-și optimiza performanța. După extracție este dus la o fabrică de procesare. Acolo se spală pentru a îndepărta particulele fine.
După spălare, nisipul este stivuit în grămezi pentru a permite scurgerii apei de spălare. Această operație se face în aer liber și este limitată la perioadele anului când temperaturile sunt peste îngheț. După scurgerea nisipului, este introdus într-un uscător de aer pentru a îndepărta toată umiditatea. Cerealele uscate sunt apoi cernute pentru a obține fracțiuni de dimensiuni specifice pentru diferiți clienți.
Nisipul care nu este potrivit pentru fracking este separat și vândut pentru alte utilizări. Unele nisip frac ar putea fi acoperit cu rășină pentru a îmbunătăți performanțele sale în operația de fracking. Acest material va fi vândut ca produs premium. După prelucrare, nisipul este încărcat direct în autoturisme pentru livrare pe calea ferată.
Unele instalații de prelucrare sunt amplasate la locul minelor. Totuși, instalațiile de prelucrare sunt foarte costisitoare de construit și sunt uneori împărțite de mai multe mine. Acestea sunt amplasate central la mai multe mine, iar nisipul este livrat cu camionul, trenul sau transportorul.
Unde este produs și utilizat Frac Nisip?
Cu câțiva ani în urmă, producătorii din Wisconsin și Texas furnizau o mare parte din nisipul folosit de industria petrolului și a gazului. Cu toate acestea, o creștere uriașă a cererii cauzată de boomul de gaze naturale și uleiul de șist a motivat multe companii să furnizeze acest produs. Multe dintre aceste companii se află în partea centrală a Statelor Unite, unde piatra de nisip St. Peter și unități similare de rocă sunt aproape de suprafață și ușor săpate. Aceste zone sunt, de asemenea, unde forțele tectonice nu au provocat plierea severă a unităților de rocă și au slăbit boabele de nisip. Zona principală se află în statele din mijlocul vestic (Illinois, Indiana, Iowa, Kansas, Kentucky, Minnesota, Michigan, Missouri, Nebraska și Wisconsin).
Majoritatea nisipurilor de silice de înaltă puritate din Statele Unite sunt cunoscute de zeci de ani. Au fost utilizate pentru fabricarea sticlei și pentru uz metalurgic. Căutarea actuală a nisipului frac nu se referă la „descoperirea de noi surse de nisip”, ci la stabilirea surselor care produc materiale superioare.
Nisipul Frac este utilizat pentru producerea de gaze naturale, lichide de gaze naturale și ulei din șisturi și alte roci strânse în care este necesară fracturarea hidraulică. Printre acestea se numără: șahul Marcellus, Șah Utica, Formația Bakken, Șistul Haynesville, Șistul Fayetteville, Șistul Eagle Ford, Șistul Barnett și multe alte piese de șist în toate Statele Unite.
Gresie Sf. Petru: O fotografie cu piatra de nisip Sf. Petru, înfăptuită de Dolomitul Joachim, realizată în apropierea Pacificului, Missouri. Imagine de domeniu public de Kbh3rd.
Surse și prețuri de nisip Frac
Cererea de nisip frac în America de Nord a crescut brusc în ultimii ani ca răspuns la numeroase jocuri de șist dezvoltate în multe părți ale Statelor Unite și Canada. Studiul Geologic al Statelor Unite raportează sursa acestei producții:
Gresia Ordovician St. Peter din Midwest este o sursă primară de nisip de silice pentru multe utilizări finale și este o sursă majoră de nisip frac. Minat în cinci state, nisipul frac din piatra de nisip St. Peter se află la o distanță rezonabilă de transport la numeroase formațiuni de șist subteran care produc gaz natural.În 2011, 59% din nisipul frac a fost produs în Midwest.
Prețurile medii raportate pentru nisipul de frac din Anuarul mineralelor de studiu geologic din S.U.A. au fost cuprinse între 45 $ pe tonă și 50 USD pe tonă în 2010. În 2011, prețul mediu a crescut la 54,83 USD. Acest lucru este semnificativ mai mare decât prețul mediu de 35 de dolari pe tonă pentru nisipul special vândut în afara industriei construcțiilor.
Propatanti de bauxita sinterizati
Bauxita pudră poate fi topită în mărgele minuscule la temperaturi foarte ridicate. Aceste mărgele au o rezistență la zdrobire foarte mare, ceea ce le face potrivite pentru a fi folosite ca proppant. Greutatea specifică a mărgelelor și dimensiunea lor pot fi adaptate la vâscozitatea fluidului de fracturare hidraulic și la dimensiunea fracturilor care se așteaptă să se dezvolte în rocă. Plantanele fabricate oferă o selecție largă de mărimea bobului și gravitatea specifică în comparație cu un proppant natural cunoscut sub numele de nisip frac. Nisipul Frac este utilizat în prezent în loc de plante de fabricație, deoarece are un avantaj de cost și de transport.