Nafta ja gaas

Mis on Frac Sand?

Mis on Frac Sand?



See spetsiaalne liiv on üks võtmetest nafta ja maagaasi tootmiseks kitsastest kildadest


Frac-liiv: Läbilõige murdumisliivast (paremal) ja sarnase tera suurusega tüüpilisest liivast (vasakul). Pange tähele, kuidas murdliiv on terade ühtlasema suurusega, kenasti ümardatud kujuga ja ühtlase koostisega. See on ka väga sitke materjal, mis suudab vastu pidada survejõule kuni mitu tonni ruut tolli kohta. Selle pildi terad on umbes 0,50 millimeetri suurused. Foto

Frac-liiva tootmine: See tabel illustreerib frac-liiva tootmise märkimisväärset tõusu USA-s. Andmed Ameerika Ühendriikide geoloogiateenistuse mineraalide aastaraamatutest, 2005-2015.

Muljumiskindel liiv nafta- ja gaasipuuraukude jaoks

"Frac-liiv" on kõrge puhtusastmega kvartsliiv, millel on väga vastupidavad ja väga ümarad terad. See on muljumiskindel materjal, mida toodetakse naftatööstuses kasutamiseks. Seda kasutatakse hüdraulilisel purustamisel (tuntud kui "frakkimine") naftavedelike, näiteks õli, maagaasi ja maagaasi vedelike tootmiseks kivimiüksustest, millel puudub piisav pooride ruum nende vedelike kaevu voolamiseks. Enamik frac-liiva on looduslik materjal, mis on valmistatud kõrge puhtusastmega liivakivist. Alternatiivne toode on paagutatud boksiidist valmistatud keraamilised helmed või alumiiniumist valmistatud väikesed metallhelmed.

Nõudlus frakkliiva järele on viimase mitme aasta jooksul plahvatuslikult kasvanud, kuna hüdraulilise purustamise protsessi abil stimuleeritakse tuhandeid nafta- ja maagaasikaeve. (Vt tootmisdiagrammi.) Ühe kaevu hüdrauliline purustamine võib vajada paar tuhat tonni liiva. See spetsialiseeritud puurimise hüppel on väga lühikese aja jooksul loonud miljardi dollari suuruse frac-liiva tööstuse. Ajavahemikul 2005–2015 on nafta- ja gaasitööstuses kasutatud frac-liiva kogus dramaatiliselt kasvanud.

Frac liiva video: USA Silica video, mis tutvustab kvaliteetse frakiliiva omadusi.

Kuidas Frac Sandi kasutatakse?

Mõned maa-alused kivimoodulid, näiteks orgaaniline põlevkivi, sisaldavad suures koguses õli, maagaasi või maagaasi vedelikke, mis ei voola vabalt kaevu. Need ei voola kaevu, kuna kivimiüksusel puudub kas läbilaskvus (omavahel ühendatud pooride ruumid) või on kivimi pooride ruumid nii väikesed, et need vedelikud ei saa neist läbi voolata.

Hüdrauliline purustamisprotsess lahendab selle probleemi kivis murdude tekitamisega. Selleks puuritakse kaev kivisse, kaevu osa suletakse naftat kandvas tsoonis ja pumbatakse kõrge rõhu all vett kaevu sellesse ossa. Viskoosse geeli saamiseks töödeldakse seda vett tavaliselt kemikaalide ja paksendajatega, näiteks guarkummiga. See geel hõlbustab vee võimet kanda suspensioonis pragusid liiva teri.

Maa pinnal olevad suured pumbad suurendavad kaevu suletud osas veesurvet, kuni see on piisavalt kõrge, et ületada ümbritsevate kivimite purunemispunkti. Kui nende murdumispunkt on saavutatud, purunevad nad järsult ja vesi tungib kiiresti luumurrudesse, täites neid ja laiendades neid sügavamale kivisse. Selle äkilise veejooksu tagajärjel kanduvad miljardid liivaterad sügavale luumurdudesse. Ühe kaevu stimuleerimiseks võib vaja minna paar tuhat tonni frac-liiva.

Frac liiva video: USA Silica video, mis tutvustab kvaliteetse frakiliiva omadusi.

Hüdrauliline purustamine: Maagaasikaevu lihtsustatud skeem, mis on ehitatud horisontaalse puurimisega, et suurendada Marcelluse põlevkivi läbimise pikkust. Hüdrauliline purustamine toimub tavaliselt kaevu horisontaalses osas, et stimuleerida gaasi voolavust põlevkivist. Seda kaevude konfiguratsiooni kasutatakse Ameerika Ühendriikide põlevkivimängudes.

Frac Sand kui "proppant"

Pumpade väljalülitamisel tühjenevad luumurrud, kuid ei sulgu täielikult - kuna need toetuvad miljardeid murdunud liiva teradele. See juhtub ainult siis, kui kaljusse on kantud piisavalt liivaterasid, et vastu pidada sulgemismurdude jõule.

Uued luumurrud, mis on vastupidavate liivaterade poolt avatud, moodustavad pooriruumi võrgu, mis võimaldab naftavedelikel voolata kivist välja kaevu. Murdliiv on tuntud kui „tugiliiv”, kuna see toetab luumurrud lahti.

Muude materjalidena, mida on kasutatud tugikomponendina, on keraamilised helmed, alumiiniumhelmed ja paagutatud boksiit. Frac-liiv on üldiselt kõige kõrgema jõudlusega ja seda kasutatakse praegu naftatööstuses kõige sagedamini.

Jordaania liivakivi kaart: Paljud kivimiüksused, mida praegu kaevandatakse frac-liiva jaoks, on ka põhjaveekihid. See teeb põhjavee teaduspublikatsioonidest, näiteks Ameerika Ühendriikide geoloogiakeskuse põhjavee atlase seeriast, väärtuslikud geoloogilised leiudokumendid liivakivi kivimite olemasolu, paksuse ja struktuuri määramiseks. See kaart pärineb Iowa, Michigani, Minnesota ja Wisconsini Ühendriikide põhjavee atlasest. See näitab Jordani liivakivi geograafilist ulatust ja paksust Minnesotas ja Iowas. Sarnased kaardid on selles sarjas avaldatud ka muude liivakivikalju ühikute ja muude geograafiliste piirkondade kohta.

Mis tüüpi liiv?

Naftatööstuse toorikud peavad vastama väga nõudlikele spetsifikatsioonidele. Kvaliteetse murdliiva omaduste hulka kuuluvad:

  • kõrge puhtusastmega ränidioksiidliiv
  • vilja suurus, mis sobis ideaalselt töö vajadustega
  • sfääriline kuju, mis võimaldab seda kanda minimaalse turbulentsiga hüdraulilises purustamisvedelikus
  • vastupidavus sulgemismurdude muljumisjõududele

Frac-liiva toodetakse sõltuvalt kliendi soovist vahemikus alates 0,1 millimeetrist kuni 2 millimeetrini. Suurem osa tarbitud murdliivast on vahemikus 0,4–0,8 millimeetrit.

Kivimoodulid, nagu Püha Peetri liivakivi, Jordani liivakivi, Oil Creeki liivakivi ja Hickory liivakivi, on potentsiaalsed murdliivamaterjalide allikad. Need kivimiüksused koosnevad kvartsiteradest, mis on läbi teinud mitmekordse ilmastiku- ja erosioonitsükli. Selle pika ajaloo vältel on peaaegu kõik mineraaliterad, välja arvatud kvarts, eemaldatud ja toodetud väga ümara kujuga terad. Seetõttu ei anna jõgedelt süvendatud, terrassidelt välja kaevatud või rannast eemaldatud liiv tõenäoliselt head toodet.

Kui neid kivimiühikuid toodetakse, on need tavaliselt pehmed, halvasti tsemenditud ja kohati nõrgalt ilmastunud. See võimaldab neid välja kaevata ja purustada nii, et kvartsiterad oleksid minimaalselt kahjustatud. Selliste alade nagu Appalachians kõrge puhtusastmega liiv ei sobi sageli frac-liivaks, kuna see on mõjunud tektoonilistele jõududele, mis on kivimi deformeerinud ja liivatera nõrgendanud.

Frac-liivakaevandus Wisconsinis: Lennupilt Frac-liiva kaevandamisoperatsioonist Wisconsinis. Frac-liiv on väga spetsialiseerunud toode, mida saab toota ainult vähestest liivamaardlatest. Foto

Frac-liiva töötlemisettevõte: Lennupilt Frac-liiva töötlemisettevõttest Wisconsinis. Foto

Frac liiva töötlemisjaamad

Frac-liiva ei kasutata otse maapinnast. Toimivuse optimeerimiseks on vaja töötlemist. Pärast kaevandamist viiakse see töötlemisettevõttesse. Seal pestakse see peente osakeste eemaldamiseks.

Pärast pesemist kuhjatakse liiv hunnikutesse, et pesuvesi saaks ära voolata. Seda toimingut tehakse välitingimustes ja see piirdub aastaaegadega, kui temperatuur on üle külmumise. Pärast liiva äravoolu asetatakse see kogu niiskuse eemaldamiseks õhukuivatisse. Seejärel sõelutakse kuivad terad, et saada eri klientidele konkreetsed suurusega fraktsioonid.

Pragunemiseks mitte sobiv liiv eraldatakse ja müüakse muuks otstarbeks. Mõni murdliiv võib olla kattekihiga kaetud, et parandada selle jõudlust krakkimise ajal. Seda materjali müüakse esmaklassilise tootena. Pärast töötlemist laaditakse enamik liiva otse rongiautodesse raudtee tarnimiseks.

Mõned töötlemisettevõtted asuvad kaevanduse kohas. Töötlemisettevõtete ehitamine on aga väga kallis ja neid jagavad mõnikord mitu kaevandust. Need asuvad mitme kaevanduse keskel ja liiva tarnitakse veoauto, rongi või konveieriga.

Kus toodetakse ja kasutatakse Frac Sandi?

Mõni aasta tagasi tarnisid Wisconsini ja Texase tootjad suurt osa nafta- ja gaasitööstuses kasutatavast frac-liivast. Maagaasi ja põlevkiviõli buumi põhjustatud tohutu nõudluse kasv on aga motiveerinud paljusid ettevõtteid seda toodet pakkuma. Paljud neist ettevõtetest asuvad Ameerika Ühendriikide keskosas, kus Püha Peetri liivakivi ja muud sarnased kivisektsioonid on pinna lähedal ja kergesti kaevatavad. Need alad on ka seal, kus tektoonilised jõud ei ole põhjustanud kivimiüksuste tugevat voltimist ja nõrgendanud liivaterasid. Peamine piirkond asub lääneosa keskosades (Illinois, Indiana, Iowa, Kansas, Kentucky, Minnesota, Michigan, Missouri, Nebraska ja Wisconsin).

Enamik Ameerika Ühendriikide kõrge puhtusastmega ränidioksiidiliide on olnud teada juba aastakümneid. Neid on kasutatud klaasi valmistamiseks ja metallurgias. Praegune frac-liiva otsing ei tähenda "uute liivaallikate avastamist", vaid selle asemel, et kindlaks teha, millised allikad toodavad paremaid materjale.

Frac-liiva kasutatakse maagaasi, maagaasivedelike ja õli tootmiseks põlevkividest ja muudest tihedatest kivimitest, kus on vajalik hüdrauliline purustamine. Nende hulka kuuluvad: Marcelluse kilt, Utica põlevkivi, Bakkeni kihistu, Haynesville'i kiltkivi, Fayetteville'i kiltkivi, Eagle Ford Shale, Barnetti kiltkivi ja paljud muud põlevkivimängud kogu Ameerika Ühendriikides.

Püha Peetri liivakivi: Missouri Vaikse ookeani lähedal tehtud foto Püha Peetri liivakivist, mille on Joachim Dolomiit varjanud. Üldkasutatava pildi autor: Kbh3rd.

Frac Liiva allikad ja hinnad

Nõudlus frac-liiva järele Põhja-Ameerikas on viimastel aastatel järsult kasvanud, reageerides arvukatele põlevkivimängudele, mis on arenenud mitmel pool USA-s ja Kanadas. Ameerika Ühendriikide geoloogiakeskus teatas selle toodangu allikast:

Ordoviitsiumi Püha Peetri liivakivi Loodeosas on ränidioksiidi liiva peamiseks allikaks paljudes lõppkasutustes ning on ka murdumisliiva allikas. Viies osariigis kaevandatud kraavliiv Peterburi liivakivi juurest on mõistliku transpordivahe kaugusel arvukatest maagaasi tootvatest maa-alustest kildadest.
2011. aastal toodeti 59% frac-liivast Midwest.

USA geoloogiliste uuringute mineraalide aastaraamatus oli fraktliiva keskmine hind 2010. aastal vahemikus 45–50 dollarit tonni. 2011. aastal oli keskmine hind tõusnud 54,83 dollarini. See on märkimisväärselt kõrgem kui väljaspool ehitustööstust müüdava spetsiaalse liiva keskmine hind 35 dollarit tonni kohta.

Frac Sandi teave
1 Frac Sand Wisconsinis: Bruce Brown, Wisconsini geoloogia- ja loodusloo uuring, teabeleht 05, 2012.
2 Fracti faktid: Mark Zdunczyk, artikkel mineraalide puurimisest, jaanuar 2007.
3 hüdraulilise purustamise proppandid: artikkel, USA ränidioksiidi sademete allikate kaart ja video frac-liiva olulistest omadustest, 2011.
4 dollarit ja dollarit - Frac Sandi kaevandamine jõeorus: Reggie McLeod, Big River Magazine, juuli-august 2011.
5 naftaettevõtet, mis on tõmmatud Frac Sandile: Isabel Ordonez, Dow Jones Newswiresi artikkel saidil Rigzone.com, mai 2012.
6 Peter Peter Sandstone: veebisaidi artikkel, Missouri loodusvarade osakond, geoloogiauuringute programm, viimati avatud oktoobris 2016.
7 ränidioksiid: Ameerika Ühendriikide geoloogiakeskus, mineraalide aastaraamatud aastatest 2005-2015.
8 Ameerika Ühendriikide põhjavee atlas, Ameerika Ühendriikide geoloogiakeskus, hüdroloogiliste uuringute atlase seeria, avaldatud aastatel 1992–2000.

Paagutatud bauxiitproovid

Pulbrist boksiiti saab väga kõrgetel temperatuuridel sulatada pisikesteks helmesteks. Nendel helmestel on väga kõrge muljumiskindlus ja see teeb neist kõlbmatuks kasutamiseks. Helmeste erikaal ja nende suurus on võrreldavad hüdraulilise purustamisvedeliku viskoossusega ja kivimite eeldatavate võimalike luumurdude suurusega. Valmistatud tugipostid pakuvad laias valikus teravilja suurust ja tihedust võrreldes loodusliku tugijaga, mida tuntakse murdliivana. Frac-liiva kasutatakse praegu toodetud tugipostide asemel, kuna sellel on kulude ja transpordi eelis.


Vaata videot: Fracking explained: opportunity or danger