Vsebina
- Pesek, odporen na drobljenje, za naftne in plinske vrtine
- Kako se uporablja pesek Frac?
- Frac Sand kot "Proppant"
- Kakšna vrsta peska?
- Obrati za predelavo peska Frac
- Kje se proizvaja in uporablja pesek Frac?
- Viri in cene peska Frac
- Sintrani boksitni propanti
Fracni pesek: Pogled od blizu na frak pesek (na desni) in tipičen pesek podobne velikosti zrn (na levi). Opazite, kako ima frakten pesek bolj enakomerno velikost zrn, lepo zaobljene oblike zrn in enotno sestavo. Je tudi zelo trd material, ki se lahko upira stiskalnim silam do nekaj ton na kvadratni palec. Zrna na tej sliki so velika približno 0,50 milimetra.
Pridobitev peska iz brade: Ta graf prikazuje spektakularno porast frakcijskega peska v Združenih državah Amerike. Podatki iz letnikov letnikov za minerale Združenih držav Amerike, 2005–2015.
Pesek, odporen na drobljenje, za naftne in plinske vrtine
"Frac sand" je kremenčev pesek visoke čistosti z zelo trpežnimi in zelo okroglimi zrni. Je material, odporen proti drobljenju, proizveden za uporabo v naftni industriji. Uporablja se v procesu hidravličnega lomljenja (znan kot "fracking") za proizvodnjo naftnih tekočin, kot so nafta, zemeljski plin in tekočine zemeljskega plina iz kamnitih enot, ki nimajo dovolj prostora za porabo teh tekočin v vodnjak. Večina frakovega peska je naravni material, narejen iz peščenjaka visoke čistosti. Alternativni izdelek so keramične kroglice iz sintranega boksita ali majhne kovinske kroglice iz aluminija.
V zadnjih nekaj letih je povpraševanje po frakovem pesku eksplodiralo, saj se s postopkom hidravličnega lomljenja spodbuja na tisoče vrtin za nafto in zemeljski plin. (Glej proizvodno shemo.) Za hidravlično lomljenje na enem vrtincu lahko potrebujete nekaj tisoč ton peska. Ta nalet specializiranega vrtanja je v zelo kratkem času ustvaril milijardo dolarjev fracnega peska. Med letoma 2005 in 2015 se je količina frakcijskega peska, ki ga uporablja nafta in plin, močno povečala.
Frac pesek video: Video ameriškega silicijevega dioksida, ki prikazuje značilnosti kakovostnega frakcijskega peska.
Kako se uporablja pesek Frac?
Nekatere podzemne kamnite enote, kot so organski skrilavci, vsebujejo velike količine nafte, zemeljskega plina ali tekočin iz zemeljskega plina, ki ne bodo prosto tekle v vodnjak. Ne bodo pritekli v vodnjak, ker enota kamnine ali nima prepustnosti (medsebojno povezani pore) ali pa so pore v skalah tako majhne, da te tekočine ne morejo teči skozi njih.
Postopek s hidravličnim lomljenjem rešuje ta problem z ustvarjanjem zlomov v kamnini. To dosežemo z vrtanjem vodnjaka v skalo, tesnjenjem dela vrtine v naftnem območju in črpanjem vode pod visokim tlakom v ta del vrtine. Ta voda se običajno čisti s kemikalijami in sredstvi za zgoščevanje, kot je guar gum, da ustvari viskozen gel. Ta gel olajša vodno sposobnost, da v zamiku nosijo zrna drobnega peska.
Velike črpalke na Zemljini površini povečajo pritisk vode v zapečatenem delu vodnjaka, dokler ni dovolj visok, da preseže prelomno okoliščino kamnin. Ko dosežemo točko loma, se nenadoma zlomijo in voda hitro skoči v zlome, jih napihne in razširi globlje v skalo. Milijardi peščenih zrn se prenašajo globoko v zlome s tem nenadnim naletom vode. Za spodbuditev ene vrtine lahko potrebuje nekaj tisoč ton frakcijskega peska.
Frac pesek video: Video ameriškega silicijevega dioksida, ki prikazuje značilnosti kakovostnega frakcijskega peska.
Hidravlično lomljenje: Poenostavljena shema vrtine za zemeljski plin, ki je bila zgrajena z vodoravnim vrtanjem za povečanje dolžine prodora skozi skrilavce Marcellus. Hidravlično lomljenje običajno izvajamo v vodoravnem delu vrtine, da spodbudimo pretok plina iz skrilavca. Ta konfiguracija jam je uporabljena v skrilavcih v Združenih državah Amerike.
Frac Sand kot "Proppant"
Ko se črpalke izklopijo, zlomi popustijo, vendar se ne zaprejo v celoti - ker jih odpirajo milijarde zrn peska. To se zgodi le, če je bilo v skalo vstavljeno dovolj zrn peska, da se upre sili zaključnih zlomov.
Novi prelomi v kamnini, ki jih odpirajo trpežna zrna peska, tvorijo mrežo poranega prostora, ki omogoča, da iz kamnine in v vodnjak iztekajo naftne tekočine. Frac pesek je znan kot "proppant", ker podkrepi zlome.
Drugi materiali, ki so bili uporabljeni kot propan, vključujejo keramične kroglice, aluminijaste kroglice in sintrani boksit. Fracni pesek na splošno prinaša najvišjo raven učinkovitosti, trenutno pa je najbolj priljubljen v naftni industriji.
Zemljevid Jordana Peščenjaka: Veliko kamnitih enot, ki jih trenutno rudamo za frak pesek, so tudi vodonosniki. Zaradi tega so publikacije za raziskave podzemne vode, na primer serija atlasa podzemne vode Geološkega zavoda Združenih držav, dragoceni iskalni dokumenti za določitev prisotnosti, debeline in strukture enot kamnitih kamnin.Ta zemljevid je iz Atlasa podzemne vode Združenih držav Amerike za Iowa, Michigan, Minnesoto in Wisconsin. Prikazuje geografski obseg in debelino jordanskega peščenjaka v Minnesoti in Iowa. V tej seriji so bili objavljeni podobni zemljevidi za druge kamnite peščenjake in druga geografska območja.
Kakšna vrsta peska?
Propanti za naftno industrijo morajo izpolnjevati zelo zahtevne specifikacije. Karakteristike kakovostnega frak peska vključujejo:
- visoko čist kremenčev pesek
- velikost zrn se popolnoma ujema z zahtevami za delo
- sferična oblika, ki omogoča, da se nosi v tekočini s hidravličnim lomljenjem z minimalno turbulenco
- trajnost za odpornost na sile drobljenja zapiralnih zlomov
Frac pesek se proizvaja v različnih velikostih od 0,1 mm do premera več kot 2 milimetra, odvisno od specifikacij stranke. Večina porabljenega frakcijskega peska je velika med 0,4 in 0,8 milimetra.
Kamnite enote, kot so St. Peter Sandstone, Jordan Sandstone, Oil Creek Peščenjak in Hickory Sandstone, so potencialni viri materiala s peskom fraka. Te skalne enote so sestavljene iz kremenčevih zrn, ki so bila skozi več ciklov vremenskih vplivov in erozije. Ta dolga zgodovina je odstranila skoraj vsa mineralna zrna razen kremena in dala zrna z zelo okroglimi oblikami. Zaradi tega pesek, izkopan iz rek, izkopan iz teras ali odstranjen s plaž, verjetno ne bo dober izdelek.
Kjer nastajajo te kamnite enote, so ponavadi mehke, slabo cementirane in včasih rahlo obarvane. To jim omogoča, da jih izkopljemo in zdrobimo z minimalno škodo kremenčevih zrn. Pesek visoke čistosti z območij, kot so Appalachians, pogosto ni primeren za fracni pesek, ker je bil podvržen tektonskim silam, ki so deformirale kamnino in oslabele peščene zrna.
Rudnik peska Frac v Wisconsinu: Pogled iz zraka na obratovanje peska fraka v Wisconsinu. Frac pesek je visoko specializiran izdelek, ki ga je mogoče pridobiti le iz majhnega števila peskov.
Objekt za predelavo peska Frac: Pogled iz zraka na objekt za predelavo peska fraka v Wisconsinu.
Obrati za predelavo peska Frac
Frac pesek se ne uporablja naravnost od tal. Za optimizacijo učinkovitosti potrebuje obdelavo. Po kopanju ga odpeljejo v predelovalni obrat. Tam se opere, da odstrani drobne delce.
Po pranju se pesek zloži v kup, da se pralna voda odteče. Ta operacija se izvaja na prostem in je omejena na čas v letu, ko so temperature nad zmrzovanjem. Ko se pesek odcedi, ga damo v sušilnik zraka, da odstranimo vso vlago. Nato se suha zrna pregledajo, da se pridobijo frakcije velikosti za različne odjemalce.
Pesek, ki ni primeren za fraking, ločimo in prodamo za druge namene. Nekateri frakten pesek je morda prevlečen s smolo, da se izboljša njegovo delovanje pri delovanju frakinga. Ta material bo naprodaj kot vrhunski izdelek. Po obdelavi se večina peska naloži neposredno v vagone z vlaki za dostavo železnic.
Nekateri predelovalni obrati so nameščeni na območju rudnika. Vendar so predelovalni obrati zelo dragi za gradnjo in jih včasih deli več rudnikov. Te so v središču v več rudnikih, pesek pa se dostavlja s tovornjakom, vlakom ali transporterjem.
Kje se proizvaja in uporablja pesek Frac?
Pred nekaj leti so proizvajalci v Wisconsinu in Teksasu dobavljali velik del frakcijskega peska, ki ga uporablja naftna in plinska industrija. Vendar pa je velik porast povpraševanja, ki ga je povzročil dvig zemeljskega plina in skrilavca, motiviral številna podjetja k temu izdelku. Mnoga od teh podjetij so v osrednjem delu Združenih držav Amerike, kjer so St. Peter Sandstone in podobne skalne enote blizu površine in jih je enostavno izkopati. Ta območja so tudi tam, kjer tektonske sile niso povzročile močnega zlaganja skalnih enot in oslabile peščenih zrn. Najpomembnejše območje je v srednjezahodnih državah (Illinois, Indiana, Iowa, Kansas, Kentucky, Minnesota, Michigan, Missouri, Nebraska in Wisconsin).
Večina visoko čistega kremenčevega peska v ZDA je znana že desetletja. Uporabljali so jih za steklarstvo in metalurško uporabo. Trenutno iskanje frak peska ne gre za "odkrivanje novih virov peska", temveč za določitev, kateri viri proizvajajo vrhunske materiale.
Frac pesek se uporablja za pridobivanje zemeljskega plina, tekočin z zemeljskim plinom in olja iz skrilavcev in drugih tesnih kamnin, kjer je potrebno hidravlično lomljenje. Sem spadajo: Marcellus Shale, Utica Shale, Bakken Formation, Haynesville Shale, Fayetteville Shale, Eagle Ford Shale, Barnett Shale in številne druge predstave o skrilavcih v ZDA.
Sveti Peter Peščenjak: Fotografija svetega Petra peščenjaka, ki ga je omenil Joachim Dolomite, posneta blizu Pacifika v Misuriju. Slika v javni domeni Kbh3rd.
Viri in cene peska Frac
Povpraševanje po frakovem pesku se je v zadnjih nekaj letih močno povečalo kot odziv na številne igre iz skrilavca, ki se razvijajo v mnogih delih ZDA in Kanade. Ameriški geološki zavod poroča o viru te proizvodnje:
Ordovicijski sveti Peter Peščenjak na srednjem zahodu je glavni vir kremenčevega peska za številne končne namene in je tudi pomemben vir frakovega peska. Frac pesek, ki je izdelan v petih državah, je v razumni prometni razdalji do številnih podzemnih tvorb skrilavca, ki proizvajajo zemeljski plin.Leta 2011 je bilo na Srednjem zahodu proizvedenih 59% frakovega peska.
Povprečne cene fračnega peska v ameriškem letopisu o mineralih za geološke raziskave so v letu 2010 znašale med 45 dolarji na tono in 50 dolarjev na tono. Leta 2011 se je povprečna cena dvignila na 54,83 dolarja. To je bistveno višja od povprečne cene 35 dolarjev na tono za poseben pesek, ki se prodaja zunaj gradbene industrije.
Sintrani boksitni propanti
Boksit v prahu se lahko zlije v drobne kroglice pri zelo visokih temperaturah. Te kroglice imajo zelo visoko odpornost proti drobljenju, zaradi česar so primerne za uporabo kot propinant. Specifična teža kroglic in njihova velikost se lahko ujemata z viskoznostjo tekočine s hidravličnim lomljenjem in z velikostjo zlomov, ki naj bi se razvili v skali. Izdelani propanti ponujajo širok izbor velikosti zrn in specifične teže v primerjavi z naravnim propantom, znanim kot frak pesek. Frac pesek se trenutno uporablja namesto proizvedenih propansov, ker ima ceno in prevozno prednost.