Obsah
- Piesok odolný voči rozdrveniu pre ropné a plynové vrty
- Ako sa používa Frac Sand?
- Frac Sand ako „Propant“
- Aký druh piesku?
- Zariadenia na spracovanie piesku Frac
- Kde sa vyrába a používa Frac Sand?
- Zdroje a ceny piesku Frac
- Sintrované bauxitové propanty
Frac piesok: Detailný pohľad na frakový piesok (vpravo) a typický piesok podobnej veľkosti zŕn (vľavo). Všimnite si, ako má frakový piesok rovnomernejšiu veľkosť zŕn, pekne zaoblené tvary zŕn a jednotné zloženie. Je to tiež veľmi odolný materiál, ktorý odoláva tlakovým silám až niekoľko ton na štvorcový palec. Zrná na tomto obrázku majú veľkosť približne 0,50 milimetra.
Výroba piesku Frac: Tento graf ilustruje veľkolepý nárast výroby frakčného piesku v Spojených štátoch. Údaje z ročenky minerálov geologického prieskumu USA, 2005 - 2015.
Piesok odolný voči rozdrveniu pre ropné a plynové vrty
„Frac piesok“ je kremenný piesok vysokej čistoty s veľmi odolnými a veľmi okrúhlymi zrnami. Je to materiál odolný voči rozdrveniu vyrobený pre ropný priemysel. Používa sa v procese hydraulického štiepenia (známeho ako „štiepenie“) na výrobu ropných tekutín, ako sú ropa, zemný plyn a kvapaliny zo zemného plynu z horninových jednotiek, ktorým chýba dostatočný pórový priestor, aby tieto tekutiny mohli prúdiť do studne. Väčšina zlomkového piesku je prírodný materiál vyrobený z piesku vysokej čistoty. Alternatívnym produktom sú keramické guľôčky vyrobené zo spekaného bauxitu alebo malé kovové guľôčky vyrobené z hliníka.
Dopyt po zlomkovom piesku v posledných rokoch prudko vzrástol, pretože tisíce ropných a zemných vrtov sú stimulované procesom hydraulického štiepenia. (Pozri výrobnú schému.) Hydraulické štiepenie na jednej studni môže vyžadovať niekoľko tisíc ton piesku. Tento nárast špecializovaného vŕtania vytvoril vo veľmi krátkom čase priemysel s frakčným pieskom v hodnote miliárd dolárov. V rokoch 2005 až 2015 sa množstvo frakčného piesku, ktoré používa ropný a plynárenský priemysel, dramaticky zvýšilo.
Frac piesok video: Video od spoločnosti US Silica, ktoré demonštruje vlastnosti vysokokvalitného frakového piesku.
Ako sa používa Frac Sand?
Niektoré podzemné horninové jednotky, ako napríklad organická bridlica, obsahujú veľké množstvo ropy, zemného plynu alebo kvapalín zo zemného plynu, ktoré nebudú voľne prúdiť do studne. Nebudú prúdiť do studne, pretože skalnej jednotke chýba priepustnosť (vzájomne prepojené pórovité priestory) alebo pórovité priestory v hornine sú také malé, že nimi tieto tekutiny nemôžu pretekať.
Proces hydraulického štiepenia tento problém rieši vytváraním zlomenín v hornine. Toto sa uskutočňuje vŕtaním vrtu do horniny, utesnením časti vrtu v zóne nesúcej ropu a čerpaním vody pod vysokým tlakom do tejto časti vrtu. Táto voda sa spravidla ošetruje chemikáliami a zahusťovadlami, ako je napríklad guarová guma, čím sa vytvorí viskózny gél. Tento gél uľahčuje schopnosť vody niesť zrná frakčného piesku v suspenzii.
Veľké čerpadlá na povrchu Zeme zvyšujú tlak vody v utesnenej časti studne, až kým nie je dostatočne vysoká na to, aby prekročila bod zlomu okolitých hornín. Keď sa dosiahne ich bod zlomu, náhle sa zlomia a voda sa rýchlo rozbehne do zlomenín, nafúkne ich a rozšíri ich hlbšie do skaly. Náhly prúd vody preniesol hlboko do zlomenín miliardy zŕn piesku. Na stimuláciu jednej studne môže byť potrebných niekoľko tisíc ton frakčného piesku.
Frac piesok video: Video od spoločnosti US Silica, ktoré demonštruje vlastnosti vysokokvalitného frakového piesku.
Hydraulické štiepenie: Zjednodušená schéma vrtu zemného plynu, ktorý bol skonštruovaný s horizontálnym vŕtaním, aby sa zvýšila dĺžka prieniku cez bridlicovú výplň Marcellus. Hydraulické štiepenie sa zvyčajne uskutočňuje v horizontálnej časti vrtu, aby sa stimuloval prúd plynu z bridlice. Táto konfigurácia vrtu sa používa v bridlicových hrách Spojených štátov.
Frac Sand ako „Propant“
Keď sú pumpy vypnuté, zlomeniny sa vypustia, ale nezatvoria sa úplne - pretože sú podopreté miliardami zŕn frakčného piesku. K tomu dôjde iba vtedy, ak sa do horniny dostane dostatok pieskových zŕn, ktoré odolávajú sily uzatváracích zlomenín.
Nové zlomeniny v hornine, ktoré sa opierajú o tvrdé pieskové zrná, tvoria sieť pórov, ktorá umožňuje ropným tekutinám stekať z horniny do studne. Frac piesok je známy ako „propant“, pretože zlomeniny otvára.
Medzi ďalšie materiály, ktoré sa používajú ako propant, patria keramické guľôčky, hliníkové guľôčky a sintrovaný bauxit. Frac piesok vo všeobecnosti poskytuje najvyššiu úroveň výkonu a v súčasnosti je najpoužívanejším ropným priemyslom.
Mapa Jordánska pieskovca: Mnohé zo skalných jednotiek, ktoré sa v súčasnosti ťažia na frakčný piesok, sú tiež zvodnené vrstvy. Vďaka tomu sú výskumné publikácie o podzemných vodách, ako napríklad séria atlasov podzemných vôd Geologického prieskumu Spojených štátov, cenné prospektívne dokumenty na určenie prítomnosti, hrúbky a štruktúry pieskovcových skalných jednotiek.Táto mapa je z Atlasu podzemnej vody Spojených štátov pre Iowa, Michigan, Minnesota a Wisconsin. Ukazuje geografický rozsah a hrúbku pieskovca Jordánskeho v Minnesote a Iowe. Podobné mapy boli publikované v tejto sérii pre ďalšie pieskovcové skalné jednotky a ďalšie geografické oblasti.
Aký druh piesku?
Propanty ropného priemyslu musia spĺňať veľmi náročné špecifikácie. Charakteristiky vysokokvalitného frakového piesku zahŕňajú:
- kremičitý piesok vysokej čistoty
- veľkosť zŕn dokonale prispôsobená požiadavkám na prácu
- guľový tvar, ktorý umožňuje jeho prenášanie v hydraulickej štiepiacej tekutine s minimálnymi turbulenciami
- trvanlivosť odolávajúca tlakovým silám uzatváracích zlomenín
Frac piesok sa vyrába v rôznych veľkostiach od priemeru od 0,1 milimetra do priemeru nad 2 milimetre v závislosti od požiadaviek zákazníka. Väčšina spotrebovaného piesku má veľkosť medzi 0,4 a 0,8 milimetrov.
Skalné jednotky, ako je piesok sv. Petra, pieskovec Jordán, piesok Oil Creek a piesok Hickory, sú potenciálnymi zdrojmi materiálu z piesku s obsahom častíc. Tieto skalné jednotky sa skladajú z kremenných zŕn, ktoré prešli niekoľkými cyklami zvetrávania a erózie. Táto dlhá história odstránila takmer všetky minerálne zrná iné ako kremeň a vytvorila zrná veľmi kruhového tvaru. Z tohto dôvodu je nepravdepodobné, že piesok vyťažený z riek, vyťažený z terás alebo odstránený z pláží vytvorí dobrý produkt.
Tam, kde sa tieto skalné jednotky vyrábajú, sú zvyčajne mäkké, zle stmelené a niekedy mierne zvetrané. To im umožňuje ich vykopávanie a drvenie s minimálnym poškodením kremenných zŕn. Vysoko čistý piesok z oblastí, ako sú napríklad Appalachiani, nie je často vhodný na frakčný piesok, pretože bol vystavený tektonickým silám, ktoré deformovali horninu a oslabili pieskové zrná.
Piesková baňa Frac vo Wisconsine: Letecký pohľad na frakovanie piesku vo Wisconsine. Frac piesok je vysoko špecializovaný produkt, ktorý sa dá vyrábať iba z malého množstva usadenín piesku.
Zariadenia na spracovanie piesku Frac: Letecký pohľad na zariadenie na spracovanie piesku z frakcie vo Wisconsine.
Zariadenia na spracovanie piesku Frac
Frac piesok sa nepoužíva priamo zo zeme. Na optimalizáciu výkonu je potrebné spracovanie. Po ťažbe sa vedie do spracovateľského závodu. Tam sa premyje, aby sa odstránili jemné častice.
Po umytí je piesok naskladaný na hromady, aby umývacia voda mohla odtekať. Táto operácia sa vykonáva vonku a je obmedzená na ročné obdobia, keď sú teploty nad bodom mrazu. Po vypustení piesku sa vloží do sušičky vzduchu, aby sa odstránila všetka vlhkosť. Suché zrná sa potom preosejú, aby sa získali frakcie špecifickej veľkosti pre rôznych zákazníkov.
Piesok, ktorý nie je vhodný na štiepanie, sa separuje a predáva na iné účely. Niektoré frakové piesky môžu byť potiahnuté živicou, aby sa zlepšil výkon pri štiepaní. Tento materiál sa bude predávať ako prémiový produkt. Po spracovaní sa väčšina piesku naloží priamo do železničných vozňov na doručenie po železnici.
Niektoré spracovateľské závody sa nachádzajú v banskom areáli. Stavba spracovateľských závodov je však veľmi nákladná a niekedy ich zdieľajú viaceré bane. Sú umiestnené v strede niekoľkých baní a piesok je dodávaný nákladným autom, vlakom alebo dopravníkom.
Kde sa vyrába a používa Frac Sand?
Pred niekoľkými rokmi dodávali výrobcovia vo Wisconsine a Texase veľkú časť frakčného piesku používaného v ropnom a plynárenskom priemysle. Avšak obrovský nárast dopytu spôsobený rozmachom zemného plynu a bridlicovej ropy motivoval mnoho spoločností k poskytovaniu tohto produktu. Mnoho z týchto spoločností sa nachádza v centrálnej časti USA, kde sú pieskovec sv. Petra a podobné skalné útvary blízko povrchu a ľahko sa vykopávajú. Tieto oblasti sú tiež miestom, kde tektonické sily nespôsobili vážne zloženie skalných jednotiek a oslabili pieskové zrná. Hlavná oblasť je v stredozápadných štátoch (Illinois, Indiana, Iowa, Kansas, Kentucky, Minnesota, Michigan, Missouri, Nebraska a Wisconsin).
Väčšina vysoko čistých kremičitých pieskov v Spojených štátoch je známa už desaťročia. Používajú sa na sklárske a metalurgické účely. Súčasné hľadanie frakového piesku nie je o „objavovaní nových zdrojov piesku“, ale o zisťovaní, ktoré zdroje produkujú vynikajúce materiály.
Frac piesok sa používa na výrobu zemného plynu, tekutín zemného plynu a oleja z bridlíc a iných tesných hornín, kde sa vyžaduje hydraulické štiepenie. Patria sem: bridlice Marcellus, Utica, bridlica, Bakken Formation, Haynesville Shale, Fayetteville Shale, Eagle Ford Shale, Barnett Shale a mnoho ďalších bridlicových hier v Spojených štátoch.
Peter Sandstone: Fotografie pieskovca svätého Petra limitovaného pohorím Joachim Dolomite pri Tichom oceáne v štáte Missouri. Obrázok vo verejnej doméne od Kbh3rd.
Zdroje a ceny piesku Frac
Dopyt po piesku z frakcií v Severnej Amerike v posledných rokoch prudko vzrástol ako reakcia na početné bridlicové hry, ktoré sa vyvíjali v mnohých častiach Spojených štátov a Kanady. Geologický prieskum Spojených štátov uvádza zdroj tejto produkcie:
Ordovik St. Peter Sandstone na Stredozápade je primárnym zdrojom kremičitého piesku pre mnoho konečných použití a je tiež hlavným zdrojom frakčného piesku. Ropný piesok z pieskovca sv. Petra, ktorý sa ťaží v piatich štátoch, sa nachádza v rozumnej dopravnej vzdialenosti od mnohých podzemných bridlíc, ktoré produkujú zemný plyn.V roku 2011 bolo na Stredozápade vyprodukovaných 59% frakčného piesku.
Priemerné ročné ceny frakčného piesku v ročenke Minerály geologických prieskumov USA sa v roku 2010 pohybovali medzi 45 USD za tonu a 50 USD za tonu. V roku 2011 sa priemerná cena zvýšila na 54,83 USD. To je výrazne viac ako priemerná cena 35 dolárov za tonu za špeciálny piesok predávaný mimo stavebníctva.
Sintrované bauxitové propanty
Práškový bauxit sa môže spájať do malých guľôčok pri veľmi vysokých teplotách. Tieto guľôčky majú veľmi vysokú odolnosť proti rozdrveniu, a preto sú vhodné na použitie ako propant. Merná hmotnosť guľôčok a ich veľkosť sa môžu prispôsobiť viskozite hydraulickej štiepiacej kvapaliny a veľkosti zlomenín, u ktorých sa očakáva, že sa v hornine vyvinú. Vyrábané propanty poskytujú široký výber veľkosti zŕn a mernej hmotnosti v porovnaní s prírodným propantom známym ako frac piesok. Frac piesok sa v súčasnosti používa namiesto vyrábaných propantov, pretože má výhodu v nákladoch a doprave.