Frac Sand คืออะไร ทรายที่ทนทานสำหรับการแตกหักของไฮดรอลิก

เนื้อหา

• ทรายที่ทนต่อการบดสำหรับบ่อน้ำมันและแก๊ส
• Frac Sand ใช้อย่างไร
• Frac Sand เป็น "Proppant"
• ทรายประเภทใด
• โรงงานแปรรูป Frac
• Frac Sand ผลิตและใช้งานที่ไหน
• แหล่งทรายและราคา Frac
• แร่อะลูมิเนียมเผาผนึก

Frac sand: ภาพระยะใกล้ของหาดทรายขาว (ทางด้านขวา) และทรายทั่วไปที่มีขนาดเม็ดคล้ายกัน (ด้านซ้าย) สังเกตุว่าเม็ดทรายมีขนาดเท่ากันมากขึ้นมีรูปร่างเป็นเม็ดกลมหรือไม่และมีส่วนประกอบที่สม่ำเสมอ นอกจากนี้ยังเป็นวัสดุที่เหนียวมากที่สามารถต้านทานแรงอัดได้สูงถึงหลายตันต่อตารางนิ้ว ธัญพืชในภาพนี้มีขนาดประมาณ 0.50 มิลลิเมตร

การผลิตทราย Frac: แผนภูมินี้แสดงให้เห็นถึงการเพิ่มขึ้นอย่างน่าทึ่งของการผลิต frac sand ในสหรัฐอเมริกา ข้อมูลจากหนังสือสำรวจแร่ทางธรณีวิทยาของสหรัฐอเมริกาประจำปี 2548-2558

ทรายที่ทนต่อการบดสำหรับบ่อน้ำมันและแก๊ส

"Frac sand" เป็นทรายควอทซ์ที่มีความบริสุทธิ์สูงมีความทนทานและเป็นเม็ดกลมมาก เป็นวัสดุที่ทนต่อการบดที่ผลิตเพื่อใช้กับอุตสาหกรรมปิโตรเลียม มันถูกใช้ในกระบวนการไฮดรอลิกพร่าพราย (เรียกว่า "fracking") เพื่อผลิตน้ำมันปิโตรเลียมเช่นน้ำมันก๊าซธรรมชาติและก๊าซธรรมชาติเหลวจากหน่วยหินที่ไม่มีช่องว่างรูขุมขนที่เพียงพอสำหรับของเหลวเหล่านี้ไหลไปยังบ่อ ทราย frac ส่วนใหญ่เป็นวัสดุธรรมชาติที่ทำจากหินทรายที่มีความบริสุทธิ์สูง ผลิตภัณฑ์ทางเลือกคือลูกปัดเซรามิกที่ทำจากแร่อะลูมิเนียมเผาหรือลูกปัดโลหะขนาดเล็กที่ทำจากอลูมิเนียม

ความต้องการทราย frac เพิ่มสูงขึ้นในช่วงหลายปีที่ผ่านมาเนื่องจากน้ำมันและหลุมก๊าซธรรมชาติหลายพันตัวถูกกระตุ้นโดยใช้กระบวนการแยกส่วนด้วยไฮดรอลิก (ดูตารางการผลิต) งานพร่าพไฮดรอลิกในหลุมเดียวอาจต้องการทรายสองสามพันตัน การขุดเจาะแบบพิเศษนี้ได้สร้างอุตสาหกรรมทราย frac พันล้านดอลลาร์ในเวลาอันสั้น ในช่วงระหว่างปี 2548 ถึง 2558 ปริมาณทรายที่ใช้ในอุตสาหกรรมน้ำมันและก๊าซเพิ่มขึ้นอย่างมาก

วิดีโอทราย Frac: วิดีโอโดย US Silica แสดงให้เห็นถึงลักษณะของทรายที่มีคุณภาพสูง

Frac Sand ใช้อย่างไร

หน่วยหินใต้ผิวดินบางชนิดเช่นหินดินดานประกอบด้วยน้ำมันจำนวนมากก๊าซธรรมชาติหรือของเหลวก๊าซธรรมชาติที่จะไม่ไหลอย่างอิสระไปยังบ่อน้ำ พวกมันจะไม่ไหลไปที่บ่อน้ำเพราะหน่วยหินขาดการซึมผ่าน (ช่องว่างระหว่างรูพรุน) หรือรูขุมขนในหินมีขนาดเล็กจนของเหลวเหล่านี้ไม่สามารถไหลผ่านได้

กระบวนการแตกหักแบบไฮดรอลิกแก้ปัญหานี้โดยการสร้างรอยแยกในหิน สิ่งนี้ทำได้โดยการเจาะบ่อน้ำเข้าไปในหินปิดผนึกส่วนของบ่อน้ำในเขตแบกปิโตรเลียมและสูบน้ำภายใต้แรงดันสูงเข้าไปในบ่อน้ำนั้น น้ำนี้มักจะได้รับการรักษาด้วยสารเคมีและสารเพิ่มความหนาเช่นเหงือกกระทิงเพื่อสร้างเจลที่มีความหนืด เจลนี้ช่วยเพิ่มความสามารถในการอุ้มน้ำในการอุ้มทรายเม็ดทรายไว้ชั่วคราว

ปั๊มขนาดใหญ่ที่พื้นผิวโลกเพิ่มแรงดันน้ำในส่วนที่ปิดผนึกของบ่อน้ำจนกว่าจะสูงพอที่จะเกินจุดแตกหักของหินโดยรอบ เมื่อถึงจุดแตกหักพวกเขาจะแตกทันทีและน้ำพุ่งเข้าสู่รอยแตกอย่างรวดเร็วทำให้พองตัวและขยายลึกเข้าไปในหิน เม็ดทรายหลายพันล้านเม็ดถูกนำไปลึกเข้าไปในรอยแตกโดยการไหลของน้ำในทันที ทราย frac สองสามพันตันนั้นสามารถถูกกระตุ้นให้เป็นบ่อน้ำเดียว

วิดีโอทราย Frac: วิดีโอโดย US Silica แสดงให้เห็นถึงลักษณะของทรายที่มีคุณภาพสูง

พร่าพไฮโดรลิค: แผนภาพอย่างง่ายของหลุมก๊าซธรรมชาติที่สร้างขึ้นด้วยการเจาะแนวนอนเพื่อเพิ่มความยาวของการเจาะผ่าน Marcellus Shale โดยทั่วไปแล้วการแตกหักของไฮดรอลิกจะทำในส่วนแนวนอนของหลุมเพื่อกระตุ้นการไหลของก๊าซจากชั้นหิน การกำหนดค่าที่ดีนี้ใช้ในการเล่นแผ่นหินของสหรัฐอเมริกา

Frac Sand เป็น "Proppant"

เมื่อปั๊มถูกปิดการแตกหักจะยุบลง แต่ไม่ปิดสนิท - เพราะพวกมันถูกเปิดโดยเม็ดทรายพันล้านเม็ด สิ่งนี้จะเกิดขึ้นหากมีเม็ดทรายเพียงพอที่จะต้านทานแรงที่เกิดจากการแตกหักของหินปิด

การแตกหักใหม่ในหินถูกเปิดโดยเม็ดทรายที่มีความทนทานก่อตัวเป็นเครือข่ายของพื้นที่รูขุมขนที่ช่วยให้ของเหลวปิโตรเลียมไหลออกมาจากหินและเข้าสู่หลุมบ่อได้ ทราย Frac เป็นที่รู้จักกันในนาม "proppant" เพราะมันเป็นอุปกรณ์ที่แตกหักเปิด

วัสดุอื่น ๆ ที่ใช้เป็นโพรเพนท์ ได้แก่ ลูกปัดเซรามิก, ลูกปัดอลูมิเนียมและอะลูมิเนียมเผา โดยทั่วไปแล้วทราย Frac ให้ประสิทธิภาพระดับสูงสุดและในปัจจุบันเป็นผลิตภัณฑ์ที่ใช้บ่อยที่สุดในอุตสาหกรรมปิโตรเลียม

แผนที่ Jordan Sandstone: หน่วยหินหลายแห่งที่กำลังขุดหาทรายที่เป็นหินยังเป็นชั้นหินอุ้มน้ำ สิ่งนี้ทำให้สิ่งพิมพ์งานวิจัยเกี่ยวกับน้ำใต้ดินเช่นชุดแผนที่น้ำใต้ดินของการสำรวจทางธรณีวิทยาของสหรัฐอเมริกาเอกสารการสำรวจแร่ที่มีค่าสำหรับการพิจารณาการมีอยู่ความหนาและโครงสร้างของหน่วยหินทรายแผนที่นี้มาจาก Ground Water Atlas ของสหรัฐอเมริกาสำหรับรัฐไอโอวามิชิแกนมินนิโซตาและวิสคอนซิน มันแสดงให้เห็นถึงขอบเขตทางภูมิศาสตร์และความหนาของหินทรายจอร์แดนในมินนิโซตาและไอโอวา แผนที่ที่คล้ายกันนี้ได้รับการเผยแพร่ในซีรี่ส์นี้สำหรับหน่วยหินทรายหินอื่นและพื้นที่ทางภูมิศาสตร์อื่น ๆ

ทรายประเภทใด

ผู้จัดหาอุตสาหกรรมปิโตรเลียมจะต้องปฏิบัติตามข้อกำหนดที่เข้มงวดมาก คุณสมบัติของทรายคุณภาพสูงประกอบด้วย:

• ทรายซิลิกาที่มีความบริสุทธิ์สูง
• ขนาดเกรนที่ลงตัวกับความต้องการของงาน
• รูปทรงกลมที่ช่วยให้สามารถดำเนินการในของเหลวพร่าพรายไฮดรอลิกที่มีความวุ่นวายน้อยที่สุด
• ความทนทานต่อแรงต้านทานการแตกหักของการแตกหักแบบปิด

ทราย Frac ผลิตในขนาดที่เล็กตั้งแต่ 0.1 มม. ถึง 2 มม. ขึ้นอยู่กับข้อกำหนดของลูกค้า ทราย frac ที่ใช้ส่วนใหญ่มีขนาดระหว่าง 0.4 ถึง 0.8 มิลลิเมตร

หน่วยหินเช่นเซนต์ปีเตอร์หินทราย, จอร์แดนหินทราย, Oil Creek Sandstone และ Hickory Sandstone เป็นแหล่งที่มีศักยภาพของวัสดุทราย frac หน่วยหินเหล่านี้ประกอบด้วยธัญพืชควอตซ์ที่ผ่านหลายรอบของการผุกร่อนและการผุกร่อน ประวัติศาสตร์อันยาวนานนั้นได้ขจัดธัญพืชแร่เกือบทั้งหมดยกเว้นควอตซ์และธัญพืชที่มีรูปร่างกลมมาก นี่คือเหตุผลที่ทรายถูกขุดขึ้นมาจากแม่น้ำขุดจากระเบียงหรือเอาออกจากชายหาดไม่น่าที่จะผลิตผลิตภัณฑ์ที่ดี

ที่ซึ่งหน่วยหินเหล่านี้ถูกสร้างขึ้นพวกมันมักจะนิ่มซีเมนต์ไม่ดีและบางครั้งก็มีสภาพอากาศไม่ดี สิ่งนี้ช่วยให้พวกเขาสามารถขุดและบดขยี้ด้วยความเสียหายน้อยที่สุดต่อเม็ดควอตซ์ ทรายที่มีความบริสุทธิ์สูงจากพื้นที่เช่นแอปพาเลเชียนมักไม่เหมาะสำหรับทรายที่มีขนเนื่องจากมันถูกกองกำลังแปรสัณฐานซึ่งทำให้หินมีรูปร่างผิดปกติและทำให้เม็ดทรายอ่อนแอลง

เหมืองทรายในรัฐวิสคอนซิน: มุมมองทางอากาศของการทำเหมืองทราย frac ในรัฐวิสคอนซิน Frac sand เป็นผลิตภัณฑ์ที่มีความเชี่ยวชาญสูงซึ่งสามารถผลิตได้จากแหล่งทรายจำนวนน้อยเท่านั้น

โรงงานแปรรูปทราย Frac: ภาพถ่ายทางอากาศของโรงงานแปรรูปทรายในรัฐวิสคอนซิน

โรงงานแปรรูป Frac

ทรายที่ไม่ถูกใช้โดยตรงจากพื้นดิน มันต้องการการประมวลผลเพื่อปรับประสิทธิภาพให้เหมาะสม หลังจากการขุดจะถูกนำไปยังโรงงานแปรรูป มีการล้างเพื่อลบอนุภาคละเอียด

หลังจากล้างทรายจะถูกกองซ้อนกันในกองเพื่อให้น้ำล้างออก การดำเนินการนี้ทำนอกอาคารและ จำกัด เวลาของปีเมื่ออุณหภูมิสูงกว่าจุดเยือกแข็ง หลังจากที่ทรายถูกระบายออกไปมันจะถูกวางในเครื่องเป่าลมเพื่อกำจัดความชื้นทั้งหมด เมล็ดแห้งจะถูกคัดเลือกเพื่อรับเศษส่วนขนาดเฉพาะสำหรับลูกค้าที่แตกต่างกัน

ทรายที่ไม่เหมาะสมสำหรับการแยกหน้ารอยแยกและจำหน่ายเพื่อการใช้งานอื่น ทราย frac บางตัวอาจถูกเคลือบด้วยเรซินเพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพในการปฏิบัติการ fracking เนื้อหานี้จะขายเป็นผลิตภัณฑ์พรีเมี่ยม หลังจากการประมวลผลทรายส่วนใหญ่จะถูกโหลดโดยตรงลงในรถรถไฟเพื่อส่งรถไฟ

โรงงานแปรรูปบางแห่งตั้งอยู่ที่เหมือง อย่างไรก็ตามโรงงานแปรรูปมีราคาแพงมากในการสร้างและบางครั้งก็ใช้ร่วมกันโดยเหมืองหลายแห่ง ตั้งอยู่ใจกลางเมืองไปยังเหมืองหลายแห่งและทรายจะถูกส่งโดยรถบรรทุกรถไฟหรือสายพานลำเลียง

Frac Sand ผลิตและใช้งานที่ไหน

ไม่กี่ปีที่ผ่านมาผู้ผลิตในวิสคอนซินและเท็กซัสได้จัดหาทรายที่ใช้ในอุตสาหกรรมน้ำมันและก๊าซเป็นจำนวนมาก อย่างไรก็ตามความต้องการที่เพิ่มขึ้นอย่างมากอันเนื่องมาจากการเติบโตของก๊าซธรรมชาติและน้ำมันหินดินดานได้กระตุ้นให้หลาย บริษัท ให้บริการผลิตภัณฑ์นี้ หลาย บริษัท เหล่านี้อยู่ในภาคกลางของสหรัฐอเมริกาที่เซนต์ปีเตอร์หินทรายและหน่วยหินที่คล้ายกันอยู่ใกล้กับพื้นผิวและขุดได้ง่าย พื้นที่เหล่านี้ยังเป็นที่ที่กองกำลังแปรสัณฐานไม่ได้ก่อให้เกิดการพับที่รุนแรงของหน่วยหินและทำให้เม็ดทรายอ่อนแอลง พื้นที่ที่สำคัญอยู่ในรัฐทางตะวันตก (อิลลินอยส์อินเดียนาไอโอวาแคนซัสเคนตักกี้มินนิโซตามิชิแกนมิสซูรีเนเบรสกาและวิสคอนซิน)

ทรายซิลิกาบริสุทธิ์ส่วนใหญ่ในสหรัฐอเมริกาเป็นที่รู้จักมานานหลายทศวรรษ พวกเขาถูกนำมาใช้สำหรับการทำแก้วและการใช้งานทางโลหะ การค้นหาปัจจุบันสำหรับ frac sand ไม่ได้เกี่ยวกับ "การค้นพบแหล่งทรายใหม่" แทนที่จะเป็นการค้นหาแหล่งที่มาซึ่งผลิตวัสดุที่ดีกว่า

ทราย Frac ใช้ในการผลิตก๊าซธรรมชาติของเหลวก๊าซธรรมชาติและน้ำมันจาก shales และหินแน่นอื่น ๆ ที่ต้องการพร่าพรายไฮโดรลิค เหล่านี้รวมถึง: Marcellus Shale, Utica Shale, Bakken Formation, Haynesville Shale, Fayetteville Shale, Eagle Eagle Shale, Barnett Shale, และ Shale อื่น ๆ อีกมากมายทั่วสหรัฐอเมริกา

หินทรายเซนต์ปีเตอร์: ภาพของเซนต์ปีเตอร์หินทรายปกคลุมโดยโจอาคิมโดโลไมต์ถ่ายใกล้มหาสมุทรแปซิฟิกมิสซูรี ภาพโดเมนสาธารณะโดย Kbh3rd

แหล่งทรายและราคา Frac

ความต้องการทราย frac ในอเมริกาเหนือเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมาเพื่อตอบสนองต่อการเล่นละครหินหลายแห่งในสหรัฐอเมริกาและแคนาดา การสำรวจทางธรณีวิทยาของสหรัฐอเมริการายงานแหล่งที่มาของการผลิตนี้:

ออร์โดวิเชียนเซนต์ปีเตอร์หินทรายในมิดเวสต์เป็นแหล่งหลักของทรายซิลิกาสำหรับการใช้งานที่หลากหลายและเป็นแหล่งที่สำคัญของทราย frac เช่นกัน ขุดในห้ารัฐทรายจากหินทรายเซนต์ปีเตอร์อยู่ในระยะการขนส่งที่เหมาะสมสู่การก่อตัวของชั้นหินใต้ดินจำนวนมากที่ผลิตก๊าซธรรมชาติ
ในปี 2554 มีการผลิตทราย frac 59% ในมิดเวสต์

รายงานราคาเฉลี่ยสำหรับ frac sand ในสหรัฐประจำปีสำรวจทางธรณีวิทยาแร่อยู่ระหว่าง $ 45 ต่อตันและ $ 50 ต่อตันในปี 2010 ในปี 2011 ราคาเฉลี่ยเพิ่มขึ้นเป็น $ 54.83 นี่เป็นราคาที่สูงกว่าราคาเฉลี่ย 35 เหรียญสหรัฐต่อตันสำหรับทรายชนิดพิเศษที่ขายนอกอุตสาหกรรมการก่อสร้าง

แร่อะลูมิเนียมเผาผนึก

แร่อะลูมิเนียมผงสามารถหลอมละลายเป็นเม็ดเล็ก ๆ ที่อุณหภูมิสูงมาก ลูกปัดเหล่านี้มีความต้านทานต่อการแตกหักสูงมากและเหมาะสำหรับใช้เป็น proppant แรงโน้มถ่วงที่เฉพาะเจาะจงของเม็ดบีดและขนาดสามารถจับคู่กับความหนืดของของเหลวไฮดรอลิกพร่าพรายและขนาดของการแตกหักที่คาดว่าจะพัฒนาในหิน โพรเพนท์ที่ผลิตขึ้นมานั้นมีขนาดเกรนและแรงโน้มถ่วงเฉพาะให้เลือกมากมายเมื่อเทียบกับโพรเพนท์ธรรมชาติที่รู้จักกันในชื่อ ปัจจุบันมีการใช้ทราย Frac แทนการผลิตเนื่องจากมีความได้เปรียบด้านต้นทุนและการขนส่ง