Szczelinowanie jest ważnym sposobem zwiększenia produkcji ropy naftowej i gazu, szczególnie w przypadku rozwoju odwiertów o niskiej przepuszczalności i ultragłębokich odwiertów ropy naftowej i gazu. Materiały podsadzkowe szczelinowania są podstawowymi produktami produkcji szczelinowania ropy naftowej i gazu, kluczowymi materiałami do podtrzymywania sztucznych szczelin w transformacji złoża ropy naftowej i gazu oraz kluczem do poprawy wskaźnika powodzenia szczelinowania i efektu transformacji.
Proppants to naturalny piasek lub sztuczne ceramiczne cząstki stałe o wysokiej wytrzymałości o określonej wielkości cząstek, wytrzymałości, kulistości i gradacji. Istnieją trzy główne rodzaje proppants stosowanych w przemyśle: naturalny piasek kwarcowy, sztuczne cząstki ceramiczne i powlekane proppants.
Podkładki z piasku kwarcowego
Głównym składnikiem naturalnego piasku kwarcowego jest SiO2, a także niewielkie ilości Al2O3, Fe2O3, K2O, Na2O, CaO, MgO i innych składników. Głównym składnikiem mineralnym piasku kwarcowego jest kwarc, którego zawartość zwykle przekracza 80%, a wysokiej jakości piasek kwarcowy może osiągnąć ponad 98,5%.
- Piasek kwarcowy jest twardy, odporny na zużycie i chemicznie stabilny. Jest rozpuszczalny tylko w kwasie fluorowodorowym i nierozpuszczalny w innych kwasach.
- Piasek kwarcowy jest bogaty w zasoby, tani, ma niską gęstość (około 2,65 g•cm-3), jest łatwy do pompowania i nadal ma dobrą przewodność elektryczną po skruszeniu, co ma pewien wpływ na zwiększenie produkcji z odwiertów ropy naftowej i gazu przy niskim ciśnieniu zamknięcia.
- Materiał podsadzkowy z piasku kwarcowego jest tani, łatwy w użyciu i ma stosunkowo gładką powierzchnię po wypłukaniu wodą rzeczną.
Te cechy sprawiają, że piasek kwarcowy jest szeroko stosowany jako materiał podsadzkowy do szczelinowania hydraulicznego. Wielkość cząstek piasku kwarcowego stosowanego jako materiał podsadzkowy do ropy naftowej wynosi zazwyczaj od 0.1 mm do 2 mm, znanego również jako materiał podsadzkowy do szczelinowania lub piasek do szczelinowania.
- Piasek kwarcowy jest kruchy i ma niską wytrzymałość. Gdy ciśnienie zamknięcia pęknięcia jest wysokie, łatwo pęka, znacznie zmniejszając efektywny obszar podparcia pęknięcia i nie może osiągnąć celu zwiększenia wydobycia ropy naftowej i gazu.
- Chropowatość powierzchni piasku kwarcowego nie jest korzystna, co nie sprzyja zwiększeniu przepuszczalności pęknięcia.
- Piasek kwarcowy ma duży współczynnik rozszerzalności cieplnej. Gdy studnia jest głęboka, a temperatura wysoka, istnieje ryzyko nagłej ekspansji.
Wady te sprawiają, że naturalny piasek kwarcowy nie spełnia wymagań szczelinowania hydraulicznego w wydobyciu ropy naftowej i gazu z głębokich złóż o niskiej przepuszczalności.
Ponieważ wytrzymałość materiału podsadzkowego z piasku kwarcowego nie jest wystarczająca, aby sprostać wymaganiom uszczelnienia odwiertów naftowych i gazowych o wysokim ciśnieniu, naukowcy wynaleźli sztuczny materiał podsadzkowy z keramzytu.
Podsadzka ceramiczna jest często wykonana z materiałów mineralnych, takich jak boksyt jako główny surowiec, uzupełniona różnymi dodatkami mineralnymi i spiekana w atmosferze bezciśnieniowej. Zgodnie z różnicą gęstości nasypowej i pozornej gęstości po spiekaniu, podsadzka keramzytowa może być podzielona na trzy typy: niska gęstość, średnia gęstość i wysoka gęstość.
W porównaniu z materiałem podsadzkowym z piasku kwarcowego, materiał podsadzkowy ceramiczny ma wysoką kulistość, gładką powierzchnię, dobrą płynność, wysoką wytrzymałość na ściskanie i niską szybkość kruszenia. Praktyka wykazała, że stosowanie materiału podsadzkowego ceramicznego do szczelinowania odwiertów naftowych może zwiększyć produkcję o 30-50% i wydłużyć żywotność odwiertów naftowych i gazowych.
Jednakże materiał podsadzkowy ceramiczny ma następujące wady:
(1) Gęstość cząstek jest duża, a szybkość sedymentacji jest duża, co stawia wyższe wymagania dotyczące warunków pompowania i wydajności płynu szczelinującego oraz zwiększa koszty.
(2) Zasoby boksytów są rozproszone, możliwości ich przetwarzania i wydobycia są ograniczone, wymagania dotyczące surowców są rygorystyczne, a wykorzystanie zasobów ograniczone.
Podsadzka powlekana
Powlekany materiał podsadzkowy poprawia wytrzymałość i odporność na kwasy i zasady materiału podsadzkowego, znanego również jako materiał podsadzkowy powlekany żywicą. Zazwyczaj składa się z dwóch części, część wewnętrzna składa się z kruszywa o określonej wytrzymałości, a część zewnętrzna jest pokryta żywicą jako powłoką.
- Materiał podsadzkowy pokryty żywicą charakteryzuje się niską gęstością i wysoką wytrzymałością na ściskanie.
- Materiał podsadzkowy powlekany ma gładką powierzchnię, dobrą przewodność wody, jest łatwy do przenoszenia i transportowania.
- Materiał podsadzkowy pokryty żywicą, oprócz zastosowania jako materiał podsadzkowy przy szczelinowaniu, może również skutecznie zapobiegać cofaniu się materiału podsadzkowego, łuszczeniu się powierzchni i piaskowaniu formacji podczas refluksu płynu szczelinującego.
- Każda cząstka materiału podsadzkowego pokrytego żywicą ma jednolitą i wytrzymałą powłokę żywiczną, a ponadto cząstki są ze sobą połączone dzięki pewnemu efektowi polimeryzacji, dzięki czemu charakteryzuje się dobrą stabilnością w wysokich temperaturach i odpornością na korozję kwasową.
Wadami materiału podsadzkowego pokrytego żywicą są wysoki koszt, słaba stabilność chemiczna, łatwe wiązanie pod wpływem dużego naprężenia zamykającego i znacznie zmniejszona przewodność.