Saturs
- Naftas un gāzes urbumu noturīgas smiltis
- Kā tiek izmantots Frac Sand?
- Frac Sand kā "proppant"
- Kāda veida smiltis?
- Frac smilšu pārstrādes rūpnīcas
- Kur tiek ražots un izmantots Frac Sand?
- Frac smilšu avoti un cenas
- Saķepinātie boksīta slānis
Frac smiltis: Precīzs skats uz smilšu smilšu (labajā pusē) un tipisku smilšu ar līdzīgu graudu lielumu (kreisajā pusē). Ievērojiet, kā frac smiltīm ir vienmērīgāks graudu lielums, labi noapaļotas graudu formas un vienmērīgs sastāvs. Tas ir arī ļoti izturīgs materiāls, kas var izturēt spiedes spēkus līdz vairākām tonnām uz kvadrātcollu. Graudiņi šajā attēlā ir aptuveni 0,50 milimetru lieli.
Frac smilšu ieguve: Šī diagramma ilustrē iespaidīgo frac smilšu ražošanas pieaugumu Amerikas Savienotajās Valstīs. Dati no Amerikas Savienoto Valstu ģeoloģisko pētījumu minerālu gadagrāmatām, 2005. – 2015.
Naftas un gāzes urbumu noturīgas smiltis
"Frac smiltis" ir augstas tīrības pakāpes kvarca smiltis ar ļoti izturīgiem un ļoti apaļiem graudiem. Tas ir drupināšanas izturīgs materiāls, kas paredzēts izmantošanai naftas rūpniecībā. To izmanto hidrauliskās sašķelšanas procesā (pazīstams kā "sašķelšana"), lai no naftas produktu šķidrumiem, piemēram, naftas, dabasgāzes un dabasgāzes šķidrumiem, ražotu no akmeņu vienībām, kurām nav pietiekamas poru vietas, lai šie šķidrumi varētu ieplūst akā. Lielākā daļa frac smilšu ir dabīgs materiāls, kas izgatavots no augstas tīrības pakāpes smilšakmens. Alternatīvs produkts ir keramikas pērles, kas izgatavotas no saķepināta boksīta, vai mazas metāla lodītes, kas izgatavotas no alumīnija.
Pēdējo gadu laikā pieprasījums pēc smilšu smiltis ir eksplodējis, jo, izmantojot hidraulisko šķelšanās procesu, tiek stimulēti tūkstošiem naftas un dabasgāzes aku. (Skat. Ražošanas shēmu.) Hidrauliskās šķelšanās darbam vienā akā var būt nepieciešami daži tūkstoši tonnu smilšu. Šis specializētās urbšanas kāpums ļoti īsā laikā ir izveidojis miljardu dolāru lielu frac smilšu industriju. Laikā no 2005. līdz 2015. gadam krasi palielinājies naftas un gāzes rūpniecībā izmantoto smilšu smilšu daudzums.
Frac smilšu video: ASV silīcija video, kas demonstrē augstas kvalitātes smilšu smiltis.
Kā tiek izmantots Frac Sand?
Dažas virszemes iežu vienības, piemēram, organiskais slāneklis, satur lielu daudzumu naftas, dabasgāzes vai dabasgāzes šķidrumu, kas brīvi neplūst uz aku. Tie neplūst uz aku, jo iežu vienībai vai nu trūkst caurlaidības (savstarpēji savienotas poru atstarpes), vai arī iežu poru atstarpes ir tik mazas, ka šie šķidrumi nevar caur tām plūst.
Hidrauliskās šķelšanās process atrisina šo problēmu, radot lūzumus klintī. To veic, urbjot akmeni akā, noslēdzot urbuma daļu naftas nesošajā zonā un sūknējot ūdeni zem augsta spiediena šajā urbuma daļā. Šo ūdeni parasti apstrādā ar ķīmiskām vielām un biezinātājiem, piemēram, guāra sveķiem, lai izveidotu viskozu želeju. Šis gēls atvieglo ūdens spējas suspensijas veidā pārvadāt smilšu graudus.
Lieli sūkņi uz Zemes virsmas palielina ūdens spiedienu urbuma noslēgtajā daļā, līdz tas ir pietiekami augsts, lai pārsniegtu apkārtējo iežu lūšanas punktu. Kad ir sasniegts to pārrāvuma punkts, tie pēkšņi lūst un ūdens lūzumos ātri ieplūst, tos piepūšot un padziļinot klintī. Ar pēkšņu ūdens straumi lūzumos dziļi lūzumos nonāk miljardiem smilšu graudu. Lai stimulētu vienu urbumu, var būt nepieciešami daži tūkstoši tonnu frac smilšu.
Frac smilšu video: ASV silīcija video, kas demonstrē augstas kvalitātes smilšu smiltis.
Hidrauliskā skaldīšana: Dabasgāzes urbuma vienkāršota shēma, kas veidota ar horizontālu urbumu, lai palielinātu iespiešanās garumu caur Marcellus slānekli. Hidraulisko skaldīšanu parasti veic urbuma horizontālajā daļā, lai stimulētu gāzes plūsmu no slānekļa. Šī urbuma konfigurācija tiek izmantota Amerikas Savienoto Valstu slānekļa spēlē.
Frac Sand kā "proppant"
Kad sūkņi tiek izslēgti, lūzumi iztukšojas, bet pilnībā neaizveras, jo tos atver miljardiem graudu smilšu smilšu. Tas notiek tikai tad, ja klintī ir ievietots pietiekami daudz smilšu graudu, lai pretotos noslēgšanas lūzumu spēkam.
Jaunie iežu lūzumi, kurus atver izturīgi smilšu graudi, veido poru telpu tīklu, kas ļauj naftas šķidrumiem izplūst no klints un urbumā. Frac smiltis ir pazīstamas kā "proppant", jo tās veicina lūzumu atklāšanu.
Citi materiāli, kas izmantoti kā palīgviela, ietver keramikas lodītes, alumīnija lodītes un saķepinātu boksītu. Frac smiltis parasti nodrošina visaugstāko veiktspējas līmeni, un to šobrīd naftas rūpniecībā izmanto visbiežāk.
Jordānijas smilšakmens karte: Daudzas no klinšu vienībām, kuras pašlaik iegūst, lai iegūtu frac smiltis, ir arī ūdens nesējslāņi. Tas padara gruntsūdeņu pētījumu publikācijas, piemēram, Amerikas Savienoto Valstu ģeoloģijas dienesta gruntsūdeņu atlanta sērijas, vērtīgus izpētes dokumentus smilšakmens iežu vienību klātbūtnes, biezuma un struktūras noteikšanai.Šī karte ir no Iowa, Mičiganas, Minesotas un Viskonsinas Amerikas Savienoto Valstu gruntsūdens atlanta. Tas parāda Jordānijas smilšakmens ģeogrāfisko apmēru un biezumu Minesotā un Ajovā. Šajā sērijā ir publicētas līdzīgas kartes citām smilšakmens iežu vienībām un citiem ģeogrāfiskiem apgabaliem.
Kāda veida smiltis?
Naftas rūpniecības ražotājiem jāatbilst ļoti prasīgām specifikācijām. Kvalitatīvas smilšu smiltis raksturo:
- augstas tīrības pakāpes silīcija smiltis
- graudu lielums, kas lieliski piemērots darba prasībām
- sfēriska forma, kas ļauj to pārvadāt hidrauliskā saplīšanas šķidrumā ar minimālu turbulenci
- izturība, lai pretotos slēgšanas lūzumu saspiešanas spēkiem
Frac smiltis tiek ražotas dažādos izmēros, sākot no 0,1 mm diametra līdz 2 mm diametrā atkarībā no klienta specifikācijas. Lielākā daļa patērēto frac smilšu ir no 0,4 līdz 0,8 milimetriem.
Akmeņu vienības, piemēram, Sentpītera smilšakmens, Jordānijas smilšakmens, Oil Creek smilšakmens un Hikory smilšakmens, ir bijuši šķembu smilšu materiāla avoti. Šīs iežu vienības sastāv no kvarca graudiem, kas ir izturēti vairākos laika apstākļu un erozijas ciklos. Šajā ilgajā vēsturē ir noņemti gandrīz visi minerālu graudi, izņemot kvarcu, un tika iegūti graudi ar ļoti apaļu formu. Tāpēc maz ticams, ka smiltis, kas izraktas no upēm, izraktas no terasēm vai noņemtas no pludmalēm, neradīs labu produktu.
Vietā, kur šīs klinšu vienības tiek ražotas, tās parasti ir mīkstas, slikti cementētas un dažreiz viegli laikapstākļiem. Tas ļauj tos izrakt un sasmalcināt ar minimālu kaitējumu kvarca graudiem. Augstas tīrības pakāpes smiltis no tādiem apgabaliem kā Apalačieši bieži nav piemērotas frac smiltīm, jo tās ir pakļautas tektoniskiem spēkiem, kas deformējuši iežu un vājinājuši smilšu graudus.
Frac smilšu raktuve Viskonsīnā: Gaisa skats uz Frac smilšu ieguves operāciju Viskonsīnā. Frac smiltis ir ļoti specializēts produkts, ko var ražot tikai no neliela skaita smilšu atradņu.
Frac smilšu apstrādes iekārta: Gaisa skats uz Frac smilšu apstrādes iekārtu Wisconsin.
Frac smilšu pārstrādes rūpnīcas
Frac smiltis neizmanto tieši no zemes. Lai optimizētu tā darbību, nepieciešama apstrāde. Pēc ieguves tas tiek nogādāts pārstrādes uzņēmumā. Tur tas tiek mazgāts, lai noņemtu smalkās daļiņas.
Pēc mazgāšanas smiltis tiek sakrautas pāļos, lai mazgāšanas ūdens varētu izplūst. Šī operācija tiek veikta ārpus telpām, un tā ir ierobežota ar gada laiku, kad temperatūra ir virs sasalšanas. Pēc smilšu novadīšanas to ievieto gaisa žāvētājā, lai noņemtu visu mitrumu. Pēc tam sausos graudus pārmeklē, lai iegūtu īpašas lieluma frakcijas dažādiem klientiem.
Smilšanai nederīgās smiltis atdala un pārdod citām vajadzībām. Lai uzlabotu to darbību sadalīšanas laikā, dažas smilšu smiltis var būt pārklātas ar sveķiem. Šis materiāls tiks pārdots kā premium klases produkts. Pēc pārstrādes lielākā daļa smilšu tiek iekrautas dzelzceļa vagonos tieši dzelzceļa pārvadāšanai.
Dažas pārstrādes rūpnīcas atrodas raktuvju vietā. Tomēr pārstrādes rūpnīcu celtniecība ir ļoti dārga, un tās dažreiz sadala vairākas raktuves. Tās atrodas centrāli vairākām raktuvēm, un smiltis tiek piegādātas ar kravas automašīnu, vilcienu vai konveijeru.
Kur tiek ražots un izmantots Frac Sand?
Pirms dažiem gadiem ražotāji Viskonsīnā un Teksasā piegādāja lielu daļu smilšu smilšu, ko izmantoja naftas un gāzes rūpniecībā. Tomēr milzīgais pieprasījuma pieaugums, ko izraisīja dabasgāzes un slānekļa eļļas uzplaukums, daudzus uzņēmumus ir motivējis piedāvāt šo produktu. Daudzi no šiem uzņēmumiem atrodas Amerikas Savienoto Valstu centrālajā daļā, kur Svētā Pētera smilšakmens un tamlīdzīgas klinšu vienības atrodas tuvu virsmai un ir viegli izraktas. Šīs vietas ir arī vietas, kur tektoniskie spēki nav izraisījuši akmeņu vienību spēcīgu salocīšanu un novājinājuši smilšu graudus. Galvenā teritorija atrodas rietumu vidusdaļās (Ilinoisa, Indiāna, Aiova, Kanzasa, Kentuki, Minesota, Mičigana, Misūri, Nebraska un Viskonsina).
Lielākā daļa augstas tīrības pakāpes silīcija smilšu Amerikas Savienotajās Valstīs ir zināmas gadu desmitiem ilgi. Tos izmanto stikla ražošanā un metalurģijā. Pašreizējā frac smilšu meklēšana nav saistīta ar “jaunu smilšu avotu atklāšanu”, bet drīzāk par to, kuri avoti rada labākos materiālus.
Frac smiltis tiek izmantotas dabasgāzes, dabasgāzes šķidrumu un eļļas ražošanai no slānekļiem un citām necaurlaidīgām klintīm, kur nepieciešama hidrauliskā skaldīšana. Tie ietver: Marcellus slānekli, Utica slānekli, Bakken formāciju, Heinsvilas slānekli, Fayetteville slānekli, Eagle Ford Shale, Barnett Shale un daudzas citas slānekļa spēles visā ASV.
Sv. Pētera smilšakmens: Pētera smilšakmens foto, kurā redzams Joahima Dolomīta pārklājums, kas uzņemts netālu no Klusā okeāna (Misūri) štatā. Kbh3rd publiskā domēna attēls.
Frac smilšu avoti un cenas
Pēdējos gados strauji ir pieaudzis pieprasījums pēc smilšu smiltis Ziemeļamerikā, reaģējot uz daudzām slānekļa spēlēm, kas attīstās daudzās ASV un Kanādas daļās. Amerikas Savienoto Valstu Ģeoloģijas dienests ziņo par šīs produkcijas avotu:
Ordoviča Sv. Pētera smilšakmens Vidusrietumos ir primārais silīcija dioksīda smilšu avots daudzām galapatēriņam, un tas ir arī galvenais frakciju smilšu avots. Iegūtās piecās valstīs smilšu smiltis no Svētā Pētera smilšakmens atrodas saprātīgā transporta attālumā no daudziem pazemes slānekļa veidojumiem, kas ražo dabasgāzi.2011. gadā 59% frac smilšu tika saražoti Midwest.
ASV ģeoloģisko pētījumu minerālu gadagrāmatā paziņotās vidējās smilšu smilšu cenas 2010. gadā bija no 45 līdz 50 USD par tonnu. 2011. gadā vidējā cena bija pieaugusi līdz USD 54,83. Tā ir ievērojami augstāka nekā vidējā cena 35 USD par tonnu speciālajām smiltīm, kuras pārdod ārpus būvniecības nozares.
Saķepinātie boksīta slānis
Boksīta pulveri var sakausēt sīkās lodītēs ļoti augstā temperatūrā. Šīm pērlītēm ir ļoti augsta izturība pret drupināšanu, un tas padara tās piemērotas izmantošanai kā virzītājspēks. Krelles īpatnējais smagums un to lielums var tikt pielīdzināts hidrauliskā sagraušanas šķidruma viskozitātei un lūzumu lielumam, kas, domājams, veidosies klintī. Rūpnieciski ražotās palīgvielas nodrošina plašu graudu lieluma un īpatnējā svara izvēli, salīdzinot ar dabisko izkliedētāju, kas pazīstams kā frac smiltis. Frac smiltis pašlaik tiek izmantotas ražoto palīgvielu vietā, jo tai ir izmaksu un transporta priekšrocības.