Frakturering er et viktig middel for å øke olje- og gassproduksjonen, spesielt for utvikling av lavpermeabilitet og ultradype olje- og gassbrønner. Fraktureringsproppemidler er kjerneproduktene i olje- og gassfraktureringsproduksjonen, nøkkelmaterialene for å støtte kunstige brudd i olje- og gassreservoartransformasjon, og nøkkelen til å forbedre suksessraten for frakturering og transformasjonseffekten.
Proppanter er naturlig sand eller kunstige høyfaste keramiske faste partikler med en viss partikkelstørrelse, styrke, kule og gradering. Det er tre hovedtyper av proppemidler som brukes i industrien: naturlig kvartssand, kunstige keramiske partikler og belagte proppemidler.
Kvartssandproppemidler
Hovedkomponenten i naturlig kvartssand er SiO2, og det er også små mengder Al2O3, Fe2O3, K2O, Na2O, CaO, MgO og andre komponenter. Den viktigste mineralkomponenten i kvartssand er kvarts, som vanligvis er over 80%, og høykvalitets kvartssand kan nå over 98,5%.
- Kvartssand er hard, slitesterk og kjemisk stabil. Det er bare løselig i flussyre og uløselig i andre syrer.
- Kvartssand er rik på ressurser, billig, lav tetthet (ca. 2,65g•cm-3), lett å pumpe, og har fortsatt god ledningsevne etter knusing, noe som har en viss effekt på å øke produksjonen av olje og gass brønner med lavt lukketrykk.
- Kvartssandproppmiddel har lav pris, enkel betjening og en relativt jevn overflate etter å ha blitt vasket av elvevann.
Disse egenskapene gjør at kvartssand er mye brukt som et hydraulisk fraktureringsmiddel. Partikkelstørrelsen på kvartssand som brukes som petroleumsproppemiddel er vanligvis mellom 0,1 mm og 2 mm, også kjent som fraktureringsproppant eller fraktureringssand.
- Kvartssand er sprø og har lav styrke. Når sprekklukkingstrykket er høyt, er det lett å bryte, noe som reduserer det effektive støtteområdet til sprekken, og kan ikke oppnå formålet med å øke olje og gass.
- Overflateruheten til kvartssand er ikke god, noe som ikke bidrar til å øke sprekkens permeabilitet.
- Kvartssand har en stor termisk ekspansjonskoeffisient. Når brønnen er dyp og temperaturen er høy, er det fare for plutselig utvidelse.
Disse ulempene gjør at naturlig kvartssand ikke er i stand til å møte behovene til hydraulisk frakturering i dyp olje- og gassutvikling med lav permeabilitet.
Siden styrken til kvartssandproppemiddel ikke er nok til å oppfylle kravene til olje- og gassbrønner med høyt tette trykk, har forskere oppfunnet et kunstig keramsittproppemiddel.
Keramisk proppemiddel er ofte laget av mineralske materialer som bauxitt som hovedråstoff, supplert med ulike mineralske tilsetningsstoffer, og sintret i en trykkløs atmosfære. I henhold til forskjellen i bulkdensitet og tilsynelatende tetthet etter sintring, kan keramsittproppant deles inn i tre typer: lav tetthet, middels tetthet og høy tetthet.
Sammenlignet med kvartssandproppant har keramisk proppant høy sfærisitet, glatt overflate, god fluiditet, høy trykkstyrke og lav knusehastighet. Praksis har vist at bruk av keramisk proppant for frakturering av oljebrønner kan øke produksjonen med 30-50 % og forlenge levetiden til olje- og gassbrønner.
Imidlertid har keramisk proppemiddel følgende ulemper:
(1) Partikkeltettheten er stor og sedimentasjonshastigheten er høy, noe som stiller høyere krav til pumpeforhold og fraktureringsvæskeytelse, og øker kostnadene.
(2) Bauksittressurser er spredt, prosessering og gruvedrift er begrenset, og kravene til råvarer er strenge, og ressursutnyttelsen er begrenset.
Belagt proppemiddel
Belagt proppemiddel forbedrer styrken og syre- og alkaliresistensen til proppemidlet, også kjent som harpiksbelagt proppemiddel. Den består vanligvis av to deler, den indre delen er sammensatt av tilslag med en viss styrke, og den ytre delen er belagt med harpiks som belegg.
- Harpiksbelagt proppemiddel har egenskapene til lav tetthet og høy trykkstyrke.
- Belagt proppemiddel har en jevn overflate, god vannledningsevne, og er lett å bære og transportere.
- I tillegg til å bli brukt som et fraktureringsproppemiddel, kan harpiksbelagt proppemiddel også effektivt forhindre tilbakestrømning av proppemiddel, overflateavskalling og formasjonssliping under tilbakeløp av fraktureringsvæske.
- Hver partikkel av harpiksbelagt proppemiddel har et jevnt og seigt harpiksskall, og partiklene er også bundet sammen på grunn av en viss polymerisasjonseffekt, så den har god høytemperaturstabilitet og syrekorrosjonsbestandighet.
Ulempene med harpiksbelagt proppemiddel er høye kostnader, dårlig kjemisk stabilitet, enkel binding under høy lukkespenning og betydelig redusert ledningsevne.