ما هو فراك ساند؟ رمل دائم للتكسير الهيدروليكي

المحتوى

• رمل مقاوم للسحق لحفر آبار النفط والغاز
• كيف يتم استخدام فراك ساند؟
• فراك ساند باعتبارها "Proppant"
• أي نوع من الرمال؟
• فراك محطات معالجة الرمل
• أين يتم إنتاج فراك الرمال واستخدامها؟
• مصادر فارك الرمال والأسعار
• متكلس البوكسيت الدعائم

رمل فارك: عرض عن قرب لرمل frac (على اليمين) ورمال نموذجية بحجم حبة مماثل (على اليسار). لاحظ كيف أن رمل فارك له حجم حبوب أكثر اتساقًا ، وأشكال حبوب مدورة بشكل جيد ، وتكوين موحد. إنها أيضًا مادة صلبة للغاية يمكنها مقاومة قوى الضغط التي تصل إلى عدة أطنان لكل بوصة مربعة. حجم الحبوب في هذه الصورة حوالي 0.50 ملليمتر.

إنتاج الرمال فارك: يوضح هذا الرسم البياني الارتفاع المذهل في إنتاج رمل فارك في الولايات المتحدة. بيانات من حوليات الولايات المتحدة للمسح الجيولوجي السنوي ، 2005-2015.

رمل مقاوم للسحق لحفر آبار النفط والغاز

"رمل فراك" هو رمل الكوارتز عالي النقاء مع حبيبات متينة للغاية ودائرية للغاية. إنها مادة مقاومة للسحق تنتجها صناعة البترول. يتم استخدامه في عملية التكسير الهيدروليكي (المعروفة باسم "التكسير") لإنتاج سوائل البترول ، مثل النفط والغاز الطبيعي وسوائل الغاز الطبيعي من الوحدات الصخرية التي تفتقر إلى مساحة مسام كافية لتدفق هذه السوائل إلى بئر. معظم رمل فراك هو مادة طبيعية مصنوعة من الحجر الرملي عالي النقاء. منتج بديل هو حبات السيراميك المصنوعة من البوكسيت الملبد أو حبات معدنية صغيرة مصنوعة من الألومنيوم.

إن الطلب على رمل الفرك قد انفجر في السنوات القليلة الماضية حيث يتم تحفيز الآلاف من آبار النفط والغاز الطبيعي باستخدام عملية التكسير الهيدروليكي. (انظر مخطط الإنتاج.) قد تتطلب وظيفة التكسير الهيدروليكي في بئر واحدة بضعة آلاف من الأطنان من الرمال. خلقت هذه الطفرة من الحفر المتخصصة صناعة الرمل فراك مليار دولار في وقت قصير جدا. بين عامي 2005 و 2015 ، زادت كمية رمل فراك المستخدمة في صناعة النفط والغاز بشكل كبير.

فيديو رمل فراك: فيديو لسيليكا أمريكية يوضح خصائص رمل فارك عالي الجودة.

كيف يتم استخدام فراك ساند؟

تحتوي بعض الوحدات الصخرية السطحية مثل الصخر العضوي على كميات كبيرة من الزيت أو الغاز الطبيعي أو سوائل الغاز الطبيعي التي لن تتدفق بحرية إلى بئر. لن تتدفق إلى البئر لأن وحدة الصخور إما تفتقر إلى النفاذية (مسام المسام المترابطة) أو المسام الموجودة في الصخر صغيرة بحيث لا يمكن لهذه السوائل التدفق من خلالها.

عملية التكسير الهيدروليكي تحل هذه المشكلة عن طريق توليد الكسور في الصخر. يتم ذلك عن طريق حفر بئر في الصخر ، وختم جزء البئر في المنطقة الحاملة للنفط ، وضخ المياه تحت ضغط عالٍ في ذلك الجزء من البئر. يتم معالجة هذا الماء عمومًا بمواد كيميائية ومكثفات مثل صمغ الغار لإنشاء هلام لزج. يسهل هذا الجل قدرة الماء على حمل حبيبات رمل فراك في حالة تعليق.

تعمل المضخات الكبيرة على سطح الأرض على زيادة ضغط الماء في الجزء المغلق من البئر حتى يكون مرتفعًا بما يكفي لتجاوز نقطة الانهيار في الصخور المحيطة. عندما يتم الوصول إلى نقطة الانكسار الخاصة بهم ، ينكسرون فجأة ويندفع الماء بسرعة إلى الكسور ، مما يؤدي إلى تضخيمهم وتمديدهم إلى عمق الصخرة. يتم نقل مليارات من حبيبات الرمل في أعماق الكسور بسبب اندفاع الماء المفاجئ. قد تكون هناك حاجة إلى عدة آلاف من أطنان الرمال الرملية لتحفيز بئر واحدة.

فيديو رمل فراك: فيديو لسيليكا أمريكية يوضح خصائص رمل فارك عالي الجودة.

التكسير الهيدروليكي: رسم تخطيطي مبسط لبئر غاز طبيعي تم بناؤه بحفر أفقي لزيادة طول الاختراق من خلال Marcellus Shale. عادة ما يتم التكسير الهيدروليكي في الجزء الأفقي من البئر لتحفيز تدفق الغاز من الصخر الزيتي. يتم استخدام هذا التكوين بشكل جيد في المسرحيات الصخرية للولايات المتحدة.

فراك ساند باعتبارها "Proppant"

عندما يتم إيقاف تشغيل المضخات ، تنكمش الكسور ولكنها لا تغلق تمامًا - لأنها مدعومة بمليارات من حبيبات رمل فارك. يحدث هذا فقط إذا تم تسليم ما يكفي من حبيبات الرمل لمقاومة قوة كسور الإغلاق في الصخر.

تشكل الكسور الجديدة في الصخر ، المدعومة من قبل حبيبات الرمال المتينة ، شبكة من المسام التي تسمح لسوائل البترول بالتدفق من الصخر إلى البئر. يُعرف رمل Frac بأنه "مادة مساعدة" لأنه يدعم الكسور المفتوحة.

تشمل المواد الأخرى التي تم استخدامها كدعم حبيبات من السيراميك والخرز من الألومنيوم والبوكسيت الملبد. يقدم Frac sand بشكل عام أعلى مستوى من الأداء ، وهو حاليًا المادة الداعمة الأكثر استخدامًا في صناعة البترول.

خريطة الحجر الرملي الأردني: العديد من الوحدات الصخرية التي يتم استخراجها حاليًا من أجل رمل فراك هي أيضًا طبقات جوفية. وهذا يجعل منشورات أبحاث المياه الجوفية ، مثل سلسلة أطلس المياه الجوفية من هيئة المسح الجيولوجي الأمريكية ، وثائق تنقيب قيمة لتحديد وجود وسمك وهيكل وحدات صخرية من الحجر الرملي.هذه الخريطة مأخوذة من أطلس المياه الجوفية بالولايات المتحدة لولاية أيوا وميشيغان ومينيسوتا ويسكونسن. يُظهر المدى الجغرافي وسمك الحجر الرملي الأردني في مينيسوتا وأيوا. تم نشر خرائط مماثلة في هذه السلسلة لوحدات صخرية من الحجر الرملي وغيرها من المناطق الجغرافية.

أي نوع من الرمال؟

يجب أن يستوفي مساندو صناعة البترول المواصفات المطلوبة للغاية. تشمل خصائص رمل فارك عالي الجودة ما يلي:

• رمل السيليكا عالي النقاء
• حجم الحبوب مطابقة تماما لمتطلبات الوظيفة
• شكل كروي يمكّن حمله من سائل التكسير الهيدروليكي بأقل قدر من الاضطراب
• المتانة لمقاومة قوى التكسير من كسور الإغلاق

يتم إنتاج رمل Frac بمجموعة من الأحجام من قطر صغير يصل إلى 0.1 ملليمتر إلى قطر يزيد عن 2 ملليمتر حسب مواصفات العميل. معظم رمل فارك المستهلكة يتراوح بين 0.4 و 0.8 ملليمتر في الحجم.

كانت الوحدات الصخرية مثل سان بيتر ساندستون ، وجوردان ساندستون ، وأويل كريك ساندستون ، وهيكوري ساندستون هي مصادر محتملة لمواد رملية فارك. تتكون هذه الوحدات الصخرية من حبيبات الكوارتز التي مرت بدورات متعددة من التجوية والتآكل. أدى هذا التاريخ الطويل إلى إزالة جميع الحبوب المعدنية تقريبًا بخلاف الكوارتز وإنتاج الحبوب بأشكال مستديرة للغاية. هذا هو السبب في أنه من غير المرجح أن ينتج الرمال التي تم تجريفها من الأنهار أو التنقيب عن المدرجات أو إزالتها من الشواطئ منتجًا جيدًا.

عندما يتم إنتاج هذه الوحدات الصخرية فإنها عادة ما تكون ناعمة وذات طبقة رقيقة وأحيانًا تكون خفيفة الطقس. هذا يسمح لهم بالحفر والتكسير بأقل قدر من الضرر لحبيبات الكوارتز. غالبًا ما تكون الرمال عالية النقاء من مناطق مثل الآبالاش غير مناسبة لرمل فارك لأنها تعرضت لقوى تكتونية أدت إلى تشويه الصخور وإضعاف حبيبات الرمل.

منجم رمل فارك في ويسكونسن: عرض جوي لعملية تعدين رمل فارك في ويسكونسن. رمل فراك منتج عالي التخصص لا يمكن إنتاجه إلا من خلال عدد قليل من رواسب الرمال.

منشأة تجهيز الرمال فراك: منظر جوي لمنشأة معالجة رمل فارك في ويسكونسن.

فراك محطات معالجة الرمل

رمل فارك لا يستخدم مباشرة من الأرض. يتطلب معالجة لتحسين أدائها. بعد التعدين يتم نقله إلى مصنع المعالجة. هناك يتم غسلها لإزالة الجسيمات الدقيقة.

بعد الغسيل ، يتم تكديس الرمال في أكوام للسماح لمياه الغسيل بالتجفيف. تتم هذه العملية في الهواء الطلق وتقتصر على أوقات السنة عندما تكون درجات الحرارة أعلى من درجة التجمد. بعد أن يتم صرف الرمل ، يتم وضعه في مجفف الهواء لإزالة جميع الرطوبة. ثم يتم فحص الحبوب الجافة للحصول على كسور ذات حجم معين لمختلف العملاء.

يتم فصل الرمال غير المناسبة للتكسير وبيعها للاستخدامات الأخرى. قد تكون بعض رمل frac مغلفة بالراتنج لتحسين أدائها في عملية التكسير. سيتم بيع هذه المادة كمنتج ممتاز. بعد معالجة يتم تحميل معظم الرمال مباشرة في سيارات القطار لتسليم السكك الحديدية.

توجد بعض مصانع المعالجة في موقع المنجم. ومع ذلك ، فإن بناء محطات المعالجة باهظة الثمن للغاية وتتقاسمها أحيانًا مناجم متعددة. توجد في موقع مركزي لعدة مناجم ويتم تسليم الرمال بواسطة الشاحنات أو القطار أو الناقل.

أين يتم إنتاج فراك الرمال واستخدامها؟

قبل بضع سنوات ، كان المنتجون في ويسكونسن وتكساس يقومون بتزويد جزء كبير من رمل فارك المستخدم في صناعة النفط والغاز. ومع ذلك ، فإن الارتفاع الكبير في الطلب الناجم عن طفرة الغاز الطبيعي وزيت الصخر الزيتي قد حفز العديد من الشركات على توفير هذا المنتج. تقع العديد من هذه الشركات في الجزء الأوسط من الولايات المتحدة حيث يقع St. Peter Sandstone ووحدات الصخور المماثلة بالقرب من السطح ويمكن التنقيب عنه بسهولة. هذه المناطق هي أيضًا حيث لم تتسبب القوى التكتونية في طي شديد لوحدات الصخور وأضعفت حبيبات الرمال. تقع المنطقة الرئيسية في الولايات الغربية (إلينوي ، إنديانا ، أيوا ، كانساس ، كنتاكي ، مينيسوتا ، ميشيغان ، ميسوري ، نبراسكا ، ويسكونسن).

معظم رمال السيليكا عالية النقاء في الولايات المتحدة كانت معروفة منذ عقود. لقد تم استخدامها لصناعة الزجاج والاستخدامات المعدنية. البحث الحالي عن رمل frac لا يتعلق "باكتشاف مصادر جديدة من الرمل" ، بل يتعلق بتحديد المصادر التي تنتج مواد فائقة الجودة.

يتم استخدام رمل Frac لإنتاج الغاز الطبيعي ، وسوائل الغاز الطبيعي ، والزيت من الصخور وغيرها من الصخور الضيقة التي تتطلب التكسير الهيدروليكي. وتشمل هذه: Marcellus Shale ، و Utica Shale ، و Bakken Formation ، و Haynesville Shale ، و Fayetteville Shale ، و Eagle Ford Shale ، و Barnett Shale ، والعديد من مسرحيات shale الأخرى في جميع أنحاء الولايات المتحدة.

القديس بيتر ساندستون: صورة لسانت بيتر ساندستون التي رسمها يواكيم دولوميت مأخوذة بالقرب من المحيط الهادئ بولاية ميسوري. صورة المجال العام بواسطة Kbh3rd.

مصادر فارك الرمال والأسعار

ارتفع الطلب على رمل فريك في أمريكا الشمالية بشكل حاد في السنوات القليلة الماضية استجابة للعديد من المسرحيات الصخرية النامية في أجزاء كثيرة من الولايات المتحدة وكندا. الولايات المتحدة المسح الجيولوجي تقارير مصدر هذا الإنتاج:

يعتبر St. Ordovician St. Peter Sandstone في الغرب الأوسط مصدرًا رئيسيًا لرمال السيليكا للعديد من الاستخدامات النهائية ، كما أنه مصدر رئيسي لرمل frac أيضًا. تم استخراج رمل فريك من St. Peter Sandstone في خمس ولايات على مسافة نقل معقولة إلى العديد من التكوينات الصخرية تحت الأرض التي تنتج الغاز الطبيعي.
في عام 2011 ، تم إنتاج 59 ٪ من رمل فارك في الغرب الأوسط.

كان متوسط ​​أسعار رمل فراك في الكتاب السنوي للمعادن الجيولوجية في الولايات المتحدة يتراوح بين 45 دولارًا للطن و 50 دولارًا للطن في عام 2010. وفي عام 2011 ، ارتفع متوسط ​​السعر إلى 54.83 دولارًا. هذا أعلى بكثير من متوسط ​​سعر 35 دولارًا للطن للرمال المتخصصة التي يتم بيعها خارج صناعة البناء والتشييد.

متكلس البوكسيت الدعائم

يمكن دمج البوكسيت المسحوق في خرز صغيرة في درجات حرارة مرتفعة للغاية. تتمتع هذه الخرزات بمقاومة سحق عالية جدًا ، مما يجعلها مناسبة للاستخدام كدعم. يمكن مطابقة الثقل النوعي للخرز وحجمها بلزوجة مائع التكسير الهيدروليكي وحجم الكسور المتوقع حدوثها في الصخر. توفر مواد الدعم المُصنَّعة تشكيلة واسعة من حجم الحبوب والوزن النوعي مقارنةً بمواد الدعم الطبيعية المعروفة باسم رمل فراك. يتم استخدام رمل Frac حاليًا بدلاً من المواد الداعمة المصنعة لأنه يتمتع بميزة التكلفة والنقل.