Ang Proppant Movement Sa Frac Casing ay Nailed Down, Ngunit Gaano Ba Talaga Ito Para sa Shale Wells?

Ang proppant ay binubuo ng mga particle na kasing laki ng buhangin na tinuturok ng frac fluid sa panahon ng operasyon ng fracking. Sa shale oil at gas well, ang frac fluid ay karaniwang tubig na may ilang friction reducer (tulad ng sabon) na idinagdag upang mapababa ang frac pumping pressure. Ang layunin ng proppant ay upang pigilan ang sapilitang mga bali sa reservoir mula sa pagsasara pagkatapos huminto ang fracking at ang mataas na presyon ay nawawala.

Sa mga balon ng shale oil at shale gas, ang ginamit na proppant ay pinaghalong 100-mesh na buhangin at 40-70 mesh na buhangin, at ang mga butil na ito ay parehong mas maliit sa isang milimetro ang lapad. Ang ganitong maliliit na laki ng butil ng buhangin ay kinakailangan para madala ang buhangin sa pamamagitan ng makitid na mga bali sa isang fracture network na nilikha ng operasyon ng fracking. Isaksak ng mas malaking buhangin ang network at hindi maiiniksyon – nalaman iyon sa mga unang araw ng shale revolution.

Karaniwan, ang mga pahalang na balon sa shale ay dalawang milya ang haba at ibinobomba ng 40 magkahiwalay na operasyon o yugto ng fracking. Ang bawat yugto ay humigit-kumulang 250 talampakan ang haba at ang metal na pambalot ay naglalaman ng 10-20 kumpol ng mga pagbubutas, na may ilang mga pagbutas sa bawat kumpol. Sa isip, ang pahalang na balon ay lubusang butas-butas sa mga butas na ito.

Ang daloy ng landas ng isang proppant grain ay mailap. Una ang butil ay kailangang gumawa ng isang right-angle na liko upang makakuha mula sa pag-agos kasama ang pambalot sa isang pagbubutas. Pagkatapos ay nahaharap ito sa isang kumplikadong geometry ng bali — marahil isang pangunahing bali na humahantong sa mga subsidiary na bali, tulad ng isang puno ng kahoy na kumakalat sa mga sanga pagkatapos ay mga sanga.

Mapapasukin ba ng proppant grain ang lahat ng mga bali na ito o ang ilan sa mga ito ay masyadong makitid? Ang isang 100-mesh na butil ng buhangin ay maaaring makapiga sa isang mas makitid na bali kapag ang isang 40-70 butil ay hindi.

Isang pagpapabuti sa produksyon ng langis at gas sa pamamagitan ng paggamit ng mga proppants na may sukat ng butil na mas maliit sa 100-mesh ay naidokumento na, at nagmumungkahi na sulit na gawing mas maliliit na bali ang kahit na maliliit na butil ng proppant para panatilihing bukas ang mga ito sa daloy ng mga molekula ng langis o gas. Ang isang ganoong proppant ay tinatawag na DEEPROP.

Mga bagong pagsubok sa daloy ng proppant mula sa casing.

Kamakailan lamang bagong mga pagsubok ay ginawa na nag-iimbestiga sa daloy ng proppant sa mismong pambalot, ibig sabihin ay isang maikling haba ng pahalang na pambalot na nabutas upang palabasin ang frac fluid. Ito ay hindi isang underground na pagsubok — ang piping ay nakalagay sa isang tub sa ibabaw at ang tub ay kumukuha ng proppant at likido na lumalabas sa mga butas.

Maraming operator ang sumuporta sa proyektong ito kung saan ginamit ang iba't ibang perf cluster na may iba't ibang singil sa perforation, disenyo, at oryentasyon. Napag-aralan ang iba't ibang mga rate ng pumping, laki ng proppant, at kalidad ng buhangin.

Ang pagsubok na hardware ay naging makatotohanan hangga't maaari. Ang pambalot ay 5.5 pulgadang pamantayan tulad ng mga diameter ng pagbubutas. Ang mga rate ng bomba ay kasing taas ng 90 bpm (barrels kada minuto), na hindi pa nagagamit sa pagsubok ng mga paggalaw ng proppant dati.

Ang isang solong yugto ng fracturing ay sinubukan, sa pamamagitan ng pagbubutas ng iba't ibang mga kumpol sa isang tubo na halos 200 talampakan ang haba. Ang bawat kumpol ng perf ay may sariling shroud na nagdidirekta sa nakuhang likido at proppant sa sarili nitong tangke, upang masusukat ang mga ito.

Ang mga resulta ay ipinakita para sa dalawang magkaibang hanay ng mga kumpol: 8 kumpol sa isang yugto na may 6 na perf sa bawat kumpol, o 13 kumpol sa isang yugto na may 3 perf sa bawat kumpol. Gumamit ang mga tagasubok ng alinman sa 40-70 mesh na buhangin o 100-mesh na buhangin na dinadala ng makinis na likido ng tubig na binomba sa 90 bpm.

Ang mga papel na ito ng SPE ay nag-uulat na ang pagtakas ng proppant sa pamamagitan ng mga perf cluster at papunta sa mga tub ay hindi pantay:

· Ang ilang mga proppant na artikulo, lalo na ang mas malalaking sukat ng mesh tulad ng 40-70 mesh, ay lumalagpas sa unang mga pagbutas ng kumpol at hindi papasok sa pormasyon hanggang sa higit pa sa yugtong iyon. Ang mga malalaking particle na ito ay may mas maraming momentum.

· Ang mas maliliit na proppant particle, tulad ng 100-mesh, ay pumapasok sa cluster perforations nang mas pare-pareho.

· Ang mga disenyo ng limitadong pagpasok ay binuo gamit lamang ang isang pagbutas sa bawat kumpol sa tuktok ng pambalot.

· Lalo na para sa mas malaking proppant, ang mga pagbutas sa ilalim ng casing ay nakakaakit ng masyadong maraming proppant (gravity effect), at maaaring lumaki sa pamamagitan ng erosion, upang ang mas kaunting proppant ay nakakakuha sa cluster perforations sa kahabaan ng frac stage.

Ang proppant na paglabas mula sa casing ay hindi pantay.

Ang lahat ng mga pagsubok ay nagsiwalat ng hindi pantay na proppant exit distribution. Ipinapakita ng talahanayan ang ratio ng pinakamalaking proppant na lumalabas sa isang cluster: pinakamaliit na proppant na lumalabas sa isang cluster (ibig sabihin, maximum proppant: minimum proppant), pati na rin ang pangalawang pinakamalaking proppant: pangalawang pinakamababang proppant. Ang mga ratio na ito ay isang proxy para sa hindi pantay — ang mas malaking ratio ay nangangahulugan ng mas hindi pantay na pamamahagi, at kabaliktaran.

Ang mga resulta ay nagpapakita na ang 40-70 mesh proppant (mas malalaking ratios) ay hindi gaanong pantay-pantay kaysa sa 100-mesh proppant (mas mababang ratios) – sa parehong cluster scenario.

Ang interpretasyong ibinigay ng mga ulat ay ang higit sa 40-70 proppant, na mas malaki at mas mabibigat na butil ng buhangin, ay kadalasang nadadala ng kanilang momentum na lampas sa mga naunang perf cluster bago lumabas sa mga huling perf cluster, kumpara sa 100-mesh proppant .

Hindi ito perpekto dahil ang layunin ay maipamahagi nang pantay-pantay ang proppant sa lahat ng mga cluster ng perforation sa isang yugto ng fracking. Ngunit ngayon sa malaking tanong kung gaano kalaki ang pagkakaiba nito?

Ang hamon ay ang pag-optimize ng mga pamamaraan upang ang mga proppant exit distribution ay mas pare-pareho. Mula sa mga ulat, ang mga resulta ng pagsubok ay isinama sa isang computational fluid dynamics model (SPE 209178). Ang diskarte na ito ay binuo sa isang fracturing advisory program, na tinatawag na StageCoach.

Samantala, ang mga ulat ay nagsasaad na "ang hindi pare-parehong daloy ng proppant sa casing ay maaaring kasinghalaga ng pagkakaiba-iba ng pormasyon at pag-shadow ng stress." Tingnan natin ito nang mas malalim.

Iba pang mga pinagmumulan ng pagkakaiba-iba ng produksyon ng shale.

Ang tunay na tanong ay gaano kahalaga ang hindi pantay na pamamahagi ng proppant sa produksyon ng shale oil at gas?

Ang malaking pagkakaiba-iba ng shale oil at gas well ay naidokumento na. Halimbawa, ang mga pahalang na balon sa Barnett shale na may karaniwang haba na 4000-5000 talampakan ay nagpapakita sa ilalim na 10% ng mga balon ay gumagawa ng mas mababa sa 600 Mcfd habang ang nangungunang 10% ng mga balon ay gumagawa ng higit sa 3,900 Mcfd.

Maraming iba pang mga kadahilanan ang kilala na nag-aambag sa malawak na pagkakaiba-iba ng shale oil o gas flowrates.

Kung ang pahalang na haba ng balon at oryentasyon ng balon ay na-normalize upang alisin ang kanilang pagkakaiba-iba, kung gayon ang mga yugto ng frac, laki ng proppant, at mga halaga ng proppant ay maaaring ituring na mga epekto sa unang pagkakasunud-sunod. Ang mga first-order effect na ito ay na-prioritize at na-optimize sa mas mature na shale play.

Pagkatapos ay mayroong mga geological na katangian tulad ng natural na mga bali sa shale, in-situ na stress, at fracturability ng shale rock. Ang mga ito ay itinuturing na mga epekto sa pangalawang pagkakasunud-sunod dahil ang mga ito ay mas mahirap mabilang. Ang mga pagsisikap na bawasan ang mga pinagmumulan ng pagkakaiba-iba na ito ay kinabibilangan ng pag-log ng pahalang na balon, pag-install ng optic cable o mga instrumentong sonik o microseismic geophone upang sukatin ang pagkalat ng bali at pakikipag-ugnayan sa lokal na heolohiya sa isang pahalang na balon.

Laban sa mga pinagmumulan ng pagkakaiba-iba, ang pamamahagi ng casing exit at pagkakapareho ng proppant ay lumilitaw na may maihahambing na kahalagahan sa iba pang mga epekto sa pangalawang pagkakasunud-sunod tulad ng heolohiya at mga pagbabago ng stress sa isang pahalang na balon. Walang paraan na ang pagkakapareho ng paglabas ng casing ay maaaring isaalang-alang ang pagkakaiba-iba ng produksyon sa pagitan ng 600 Mcfd at 3,900 Mcfd gaya ng naobserbahan sa Barnett Shale.

Upang sabihin ito sa isa pang paraan, ang kritikal na bagay ay upang makakuha ng proppant na lumabas mula sa karamihan ng mga kumpol ng perf, at sa mga nilikhang bali. Nakamit ito sa pamamagitan ng pagbomba ng napakaliit na proppant, 100-mesh o 40-70 mesh (at madalas pareho) at pag-optimize ng proppant concentration at mga halaga para sa isang partikular na shale play.

Ito ay 90% ng layunin na nakamit na may kahanga-hangang tagumpay sa shale revolution ng huling 20 taon. Kaya't mahirap makita mula sa mga bagong pagsubok sa ibabaw na ang maliit na pagkakaiba-iba sa mga paglabas ng proppant mula sa isa patungo sa isa pang cluster ng pagbutas ay maaaring magkaroon ng unang-order na epekto sa produksyon ng langis o gas.

Ngunit marahil ang mga resulta mula sa iba pang mga pagsubok, iba't ibang mga pagsubok, sa proyektong ito ay magbubunyag ng mas makabuluhang epekto sa paggawa ng shale.