NO149675B - Fremgangsmaate og middel for avstiving av sprekker i veggene av en broenn som strekker seg gjennom geologiske formasjoner - Google Patents
Fremgangsmaate og middel for avstiving av sprekker i veggene av en broenn som strekker seg gjennom geologiske formasjoner Download PDFInfo
- Publication number
- NO149675B NO149675B NO760958A NO760958A NO149675B NO 149675 B NO149675 B NO 149675B NO 760958 A NO760958 A NO 760958A NO 760958 A NO760958 A NO 760958A NO 149675 B NO149675 B NO 149675B
- Authority
- NO
- Norway
- Prior art keywords
- weight ratio
- sio2
- mgo
- proportion
- particles
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 14
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 101
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 claims description 45
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 claims description 45
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 claims description 45
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 claims description 45
- 239000003351 stiffener Substances 0.000 claims description 38
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims description 32
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 claims description 32
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N ZrO2 Inorganic materials O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 27
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 16
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 15
- RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);zirconium(4+) Chemical compound [O-2].[O-2].[Zr+4] RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 10
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 7
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 claims description 7
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 7
- KKCBUQHMOMHUOY-UHFFFAOYSA-N sodium oxide Chemical compound [O-2].[Na+].[Na+] KKCBUQHMOMHUOY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910001845 yogo sapphire Inorganic materials 0.000 claims description 5
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 4
- 229910001948 sodium oxide Inorganic materials 0.000 claims 4
- CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N Magnesium oxide Chemical compound [Mg]=O CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 37
- 239000000395 magnesium oxide Substances 0.000 description 18
- ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N calcium oxide Inorganic materials [Ca]=O ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 17
- 239000004576 sand Substances 0.000 description 17
- 239000000292 calcium oxide Substances 0.000 description 16
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 13
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 10
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 10
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 10
- 238000007792 addition Methods 0.000 description 9
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 8
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 8
- 229910052845 zircon Inorganic materials 0.000 description 8
- GFQYVLUOOAAOGM-UHFFFAOYSA-N zirconium(iv) silicate Chemical compound [Zr+4].[O-][Si]([O-])([O-])[O-] GFQYVLUOOAAOGM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 6
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 6
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 5
- 239000000047 product Substances 0.000 description 5
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 4
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- HCWCAKKEBCNQJP-UHFFFAOYSA-N magnesium orthosilicate Chemical compound [Mg+2].[Mg+2].[O-][Si]([O-])([O-])[O-] HCWCAKKEBCNQJP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000012768 molten material Substances 0.000 description 2
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 2
- 239000011435 rock Substances 0.000 description 2
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N Zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910006501 ZrSiO Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000007664 blowing Methods 0.000 description 1
- BRPQOXSCLDDYGP-UHFFFAOYSA-N calcium oxide Chemical compound [O-2].[Ca+2] BRPQOXSCLDDYGP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QXJJQWWVWRCVQT-UHFFFAOYSA-K calcium;sodium;phosphate Chemical compound [Na+].[Ca+2].[O-]P([O-])([O-])=O QXJJQWWVWRCVQT-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 238000012926 crystallographic analysis Methods 0.000 description 1
- 239000010987 cubic zirconia Substances 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- KZHJGOXRZJKJNY-UHFFFAOYSA-N dioxosilane;oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Si]=O.O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O.O=[Al]O[Al]=O.O=[Al]O[Al]=O KZHJGOXRZJKJNY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 229910052839 forsterite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000011835 investigation Methods 0.000 description 1
- UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N iron oxide Inorganic materials [Fe]=O UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000013980 iron oxide Nutrition 0.000 description 1
- VBMVTYDPPZVILR-UHFFFAOYSA-N iron(2+);oxygen(2-) Chemical class [O-2].[Fe+2] VBMVTYDPPZVILR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000391 magnesium silicate Substances 0.000 description 1
- 229910052919 magnesium silicate Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000019792 magnesium silicate Nutrition 0.000 description 1
- AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N magnesium;oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[Mg+2] AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 1
- 229910052863 mullite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 1
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 1
- 230000000135 prohibitive effect Effects 0.000 description 1
- 238000010298 pulverizing process Methods 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
- 150000004760 silicates Chemical class 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000012798 spherical particle Substances 0.000 description 1
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 1
- 230000000638 stimulation Effects 0.000 description 1
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001928 zirconium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
Classifications
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B43/00—Methods or apparatus for obtaining oil, gas, water, soluble or meltable materials or a slurry of minerals from wells
- E21B43/25—Methods for stimulating production
- E21B43/26—Methods for stimulating production by forming crevices or fractures
- E21B43/267—Methods for stimulating production by forming crevices or fractures reinforcing fractures by propping
Landscapes
- Geology (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mining & Mineral Resources (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
- Glanulating (AREA)
- Revetment (AREA)
- Dental Preparations (AREA)
- Processing Of Solid Wastes (AREA)
Description
Denne oppfinnelse angår en fremgangsmåte til avstivning
av sprekker dannet i veggen av en brønn, ved innsprøyting av en væske inneholdende partikler av et materiale omfattende zirkoniumdioksyd og silisiumdioksyd, samt et avstivningsmiddel for anvendelse ved fremgangsmåten.
Som kjent kan de geologiske lag rundt et borehull stimuleres ved frakturering av brønnveggene, f.eks. ved injeksjon av en vandig væske under trykk i det nivå av formasjonen som skal stimuleres, hvoretter det i frakturen innpumpes en væske inneholdende faste korn eller "avstivningsmidler".
Avstivningsmidlenes rolle er fundamental, da de skal holde frakturen åpen. Etter stansning av injeksjonen av væske under trykk og tilveiebringelsen av frakturen, om man eksempelvis anvender den hydrauliske fraktureringsmetode, vil væsken i frakturen trenge gjennom de nevnte vegger, og de geostatiske krefter vil utøve et trykk mot avstivningsmidlene.
Mer presist vil det si at dersom Q er den "totale" motkraft som utøves av bergarten, og dersom p er væsketrykket i frakturen og i bergarten, vil avstivningsmidlene utsettes for en "effektiv" kraft (Q - p).
I dype brønner, og særlig når det geologiske lag har produsert meget, dvs. når trykket p er lavt, vil den nevnte effektive kraft nå verdier på minst 400 bar og kan i visse tilfeller overstige 700 bar.
De avstivningsmidler som hittil er blitt mest brukt,
er følgende, hvor rekkefølgen viser økende betydning: knust nøtteskall, "høyresistente" glasskuler, sand av passende korn-størrelser.
Nøtteskallenes mekaniske'motstand er i høy grad util-strekkelig for de ovenfor nevnte krefter. Dessuten forandres dette materiales mekaniske egenskaper i ugunstig retning med tiden på grunn av omgivelsenes temperaturer og saltinnhold.
US-patent 3 373 815 beskriver anvendelse av forskjellige mineraler, særlig naturlige krystaller av zirkon (zirkoniumor-tosilikat, ZrSi04) som avstivningsmidler. Slike krystaller er imidlertid ikke tilfredsstillende under de ekstreme betingelser som kommer i betraktning. I det minste en del av de naturlige krystaller oppviser mikrosprekker og vil bli redusert til støv under de høye trykk som gjør seg gjeldende i dype brønner. I patentet beskrives en forutgående behandling av krystallene ved hvilken disse ble utsatt for trykk av størrelsesorden 420 bar. For anvendelse av krystallene ved meget høye trykk ville en slik forutgående behandling måtte skje ved vesentlig høyere trykk enn 420 bar, hvilket ville medføre en økning i andelen av finstoffer (som må kastes) og dermed økte kostnader. En slik forutgående behandling ville dessuten medføre fare for dannelse av nye mikrosprekker, slik at de krystaller som hadde motstått den forutgående behandling, lettere ville kunne bli ødelagt under selve anvendelsen i brønnen.
Ved hjelp av forsøk som utføres av visse spesiallabo-ratorier, kan man bedømme hvordan sand og glasskuler vil forholde seg.
Fig. 1 viser et prinsippskjerna fra et slikt forsøk, hvor frakturen er simulert av to plane flater 1 og 2 som er parallelle med en avstand hQ lik frakturens begynneIsestykke Ise før ovennevnte trykk (Q - p) gjør seg gjeldende.
I denne frakturen plasseres avstivningsmidlet 3. Ved egnede midler bringer man de to flater til å utøve et trykk Q - p, som kan varieres etter ønske, mot avstivningsmidlet. Ved de verdier Q - p som har interesse ved forsøket, lar man en væske 4 med kjent viskositet sirkulere i frakturen. Man måler så frakturens permeabilitet k og konduktivitet kh, hvor h er frakturens tykkelse.
Ved å avsette konduktiviteten kh som funksjon av det effektive trykk (Q - p) får man diagrammer som vist på fig. 2.
Man regner med, tykkelsen av laget som er av interesse for hydraulisk frakturering og den vanlige permeabiliteten til et slikt lag tatt i betraktning, at for at stimuleringen av dette lag skal bli vellykket må forholdet mellom frakturens konduktivitet og formasjonens konduktivitet være minst lik 6.
Konduktiviteten er, som det vil erindres, produktet
kh av tykkelsen h (i meter) og permeabiliteten k:
hvor u er viskositeten av den i frakturen strømmende væske, V er strømningshastigheten og er trykkgradienten i strøm-ningsretningen. Den vanlige enhet for permeabiliteten er darcy.
En konduktivitet på 0,5 darcymeter kan godt oppnås og endog vesentlig overskrides hvis man anvender stålkuler som av-stivningsmidde1-
Innføring av stålkuler innebærer imidlertid betydelige ulemper.
For det første må man p.g.a. deres høye tetthet anvende meget gunstige operasjonsparametre, herunder væskens oppdrifts-'faktor. I praksis må man anvende en væske med meget høy viskositet.
Konvensjonelt blir fraktureringsvæsken og kulene dessuten ført inn ved hjelp av ventilpumper. Når det anvendes meget motstandsdyktige materialer, så som stål, vil ventilene slites meget hurtig, og driftskostnadene blir prohibitive. Denne slitasje er mindre vesentlig ved anvendelse av de mindre motstandsdyktige glasskuler eller sand.
En mer avansert teknikk består i å innføre stålkulene
i fraktureringsvæsken nedenfor pumpene. Imidlertid innebærer
denne teknikk eh' vesentlig mer komplisert apparatur, og den blir derfor lite brukt. •Av ovennevnte grunner blir innføring av stålkuler lite brukt i praksis, og den frémgångsmåte som for tiden er den mest anvendte, er.innføring av sand eller lignende, fortrinnsvis glasskuler..
I det omtalte tilfelle vedrørende meget dype brønner, hvor avstivningsmidlene blir utsatt for trykk på 400-700 bar, eventuelt mer, kan sand eller glasskuler ikke hensiktsmessig anvendes, fordi disse materialer knuses til pulver, slik at de ikke sikrer en god fraktur-konduktivitet.
Selv om sand anvendes med en opprinnelig stor partikkel-størrelse (10-1-5 mm) vil den når trykket kommer over 500 bar føre til moderate fraktur-konduktiviteter.
Glasskuler er sprø, da de ikke lar seg deformere. Kulene har innbyrdes punktvis kontakt, og ved de "nevnte meget store dybder utsettes de for trykkkrefter ved kontaktpunktene, hvilket resulterer i pulverisering, som i sin tur sterkt reduserer fraktur-konduktiviteten.
Ifølge oppfinnelsen tilveiebringes og anvendes et avstivningsmiddel som gjør det mulig å oppnå en meget god fraktur -konduktivitet , selv.i store dybder, idet det oppviser en
stor mekanisk motstand mot knusing ved hensiktsmessig valg av
partikkelstørrelser, hvilket middel er lett å anvende, idet dette kan skje med vanlig apparatur.
Fremgangsmåten og avstivningsmiddelet ifølge oppfinnelsen,
med foretrukne utførelsesformer, er angitt i kravene, og det vises til disse.
Innholdet av Zr02 i avstivningsmiddelet ifølge oppfinnelsen er i alminnelighet minst 25%.
Et avstivningsmiddel med mekaniske egenskaper som er særlig godt tilpasset det ovennevnte problem, erholdes når partiklene dessuten inneholder minst ett av oksydene MgO og CaO i slike mengder at vektforholdet MgO/SiC^ er mellom 0 og 1 og vektforholdet CaO/Si02 er mellom 0 og 1,45.
Man har uventet funnet at nærvær av minst ett av de ytterligere oksyder MgO og CaO i betydelig grad forbedrer egenskapene til de nevnte kuler basert på ZrO,,, Si02 og eventuelt Al2°3 sammenlignet med kuler som ikke inneholder slike ytterligere oksyder.
Fremstillingen av de nevnte kuler byr ikke på spesielle vanskeligheter. Man kan smelte utgangschargen av de angitte oksyder eller forløpere for disse i en elektrisk ovn eller annen kjent smelteinnretning. For fremstilling av kuler av det smelt-ede materiale kan man ved blåsing (f.eks. luft eller vanndamp) dispergere en streng av smeltet materiale til et stort antall partikler som, som følge av viskositeten og overflatespenningen, får kuleform. Fremgangsmåter av denne art anvendes konvensjonelt ved fremstilling av kommersielle glasskuler (jfr. eksempelvis US-patent nr. 3 499 745). Kuler med en diameter på noen tideler
av en millimeter til ca. 4 mm kan fremstilles på denne måte.
Etter kjøling består de sfæriske partikler eller kuler som dannes, av avrundede zirkoniumdioksydkrystaller omgitt av et glassaktig materiale av silisiumdioksyd og de av oksydene MgO, CaO, Al203 og Na20 som er anvendt.
Kulene er i det vesentlige kompakte (uten innvendige hulrom og mikrosprekker) og meget motstandsdyktige mot slitasje og knusing pga. bestanddelenes hårdhet (Zr02 og Si02-glass forsterket-av de ytterligere tilsetninger) og med utmerket kohesjon pga. glasset som "fukter" ZrO~-krystallene fullstendig. -Produktet kan uten vanskelighet anvendes med partikkel-størrelser innen området 10-40 mesh (ASTM) ,. dvs. 2-0,42. mm,- som hensiktsmessig kan anvendes for ovennevnte fraktur-avstivning, hvilke tall dog ikke betegner et begrensende område.
Det kan eventuelt være fordelaktig å tilpasse innholdet av krystallisert zirkoniumoksyd til hårdheten av de geologiske formasjoner som skal avstives, idet innholdet økes ettersom nevnte hardhet øker.
Middelet ifølge . oppfinnelsen.oppviser, i forhold
til glasskuler, den uventede egenskap at de - under de meget store trykk som hersker på store dyp - knuses til grove eller forholdsvis store stykker som opprettholder en god fraktur-permeabilitet, mens glasskuler knuses til pulver under de samme betingelser, som nevnt ovenfor.
Den spesielle sammensetning av avsti<y>ninqsmiddelet gjør det mulig å oppnå et avstivningsmiddel hvis motstand mot knusing er optimal, og som således er meget godt egnet til å
tåle de meget høye trykk som gjør seg gjeldende overfor avstivningsmidlene på store dyp.
Denne optimale motstandsdyktighet mot knus ing .-vil fremgå av de følgende forsøk:
Forsøk vedrørende motstandsdyktighet mot knusing ....
For hver sammensetning av kulene ble 20 kuler utvalgt etter deres sfærisitet og ble en for en underkastet et knusefor-søk ved hjelp; av en presse med to stempler.. For sammenlignings-formålet ble.det alltid, anvendt.kuler med samme diameter, nemlig 2 mm. Motstanden mot knusing E.er gjennomsnittet av de erholdte verdier..
I nedenstående tabeller er prosentangivelsene på vekt-basis.
1. Kuler av Si02 og Zr02 alene.
Motstand mot knusing
Den følgende tabell viser verdiene for motstanden mot knusing E for forskjellige innhold av Si02 fra 10% til og med 50%.
Motstanden mot knusing var således god for SiC^ = 15% og derover.
De høyeste verdier for knusemotstanden erholdtes når Si02-innholdet var 30-40%.
De foretrukne sammensetninger er:
p.g.a. de følgende fordeler:
- lett å fremstille,
- kompakt og uten mikrosprekker,
- stor knusemotstand.
Det er interessant å bemerke at alle disse sammensetninger kan erholdes ut fra naturlig forekommende zircon-sand (Si02 • Zr02), med et innhold av Zr02 på ca. 66% og Si02 på ca. 33% (+ forurensninger). Bruken av zircon-sand som primært ut-gangsmateriale ved fremstilling av kuler til bruk som avstivningsmiddel i henhold til oppfinnelsen har stor interesse sett fra økonomisk synspunkt. 2. Virkning av valgfrie oksyder og ytterligere oksyder i material-sammensetningen for avstivningsmidler i følge oppfinnelsen.
Virkningen av de va lgfrie oksyder og de ytterligere eller tilleggs-oksyder ble studert under, anvendelse, av en sammensetning basert på ca. 33% Si02 og ca. 66% Zr02 (Zr02/Si02 = 2), dvs. naturlig forekommende zircon-sand, som er det materiale hvorav zirkoniumdioksyd erholdes mest økonomisk. Andelene av valgfrie oksyder og tilleggs-oksyder er angitt ved vektforholdet:
Andelene av valgfrie oksyder eller tilleggs-oksyder
(i form av vektforholdet mellom valgfritt oksyd eller tilleggs-oksyd og Si02 når det gjelder zircon-sand, gjelder likeledes for de andre sammensetningene, da disse oksyder bare modifiserer det glassaktige materiales natur.
a) Virkningen av alkaliske oksyder
Tilsetning av alkalier forbedrer ikke kulenes egenskaper. Motstanden mot knusing og mot slag eller støt avtar og kan bli uakseptabel for et vektforhold Na20 / Si02>0,2.
b) Virkningen av Al^O^
Man har undersøkt området
Kulenes utvendige utseende er meget tilfredsstillende for alle disse sammensetninger. På polerte flater ser man ingen klar tendens til rester av hulrom og heller ikke sprekker.
Røntgenanalyse viser at den eneste krystalliserte fase er det monokline Zr0o. Men for A1.0_ /SiO„Nl,5 fremkommer linjene for mullitt.
Motstand mot knusing
Den vokser meget hurtig og når 100 kg ved en liten tilsetning av alumina tilsvarende forholdet Al2°3 / s^- °2 = for deretter å forbli nesten konstant opp til Al203/Si02 = 0,6. Den avtar deretter svakt, mens den stadig er høyere enn 80 kg opp til Al203/Si02 =1.
Den avtar derover og blir mindre enn 60 kg for
Al203/Si02 =1,5.
De beste egenskaper oppnås for
c) Virkningen av MgO
Innenfor hele området 0 ^MgO/Si02 <^ 1, 86 oppnås regulære kuler med meget tilfredsstillende ytre utseende.
For MgO/Si02 ^ 1 viser undersøkelse av polerte flater at kulene er kompakte, uten sprekker og med meget fin tekstur.
Ved røntgenanalyse finner man det monokline zirconiumdioksyd, som hovedfase,med litt kubisk zirconiumdioksyd.
Magnesiumsilikat er amorft.
For MgO/SiC>2 ^> 1 opptrer indre hulrom og virkningen øker med forholdet MgO/Si02.
Denne defekt synes å ha sammenheng med dannelse av
forsteritt (2 MgO • Si02) som utfelles ved høy temperatur. Man har faktisk kunnet påvise denne forbindelse ved radiokrystallo-grafisk analyse, og dens konsentrasjon synes å ha sammenheng med størrelsen av hulrom-dannelsen.
Motstand mot knusing
Motstanden mot knusing øker med vektforholdet MgO/Si02. Den når et maksimum for Mg0/Si02 = 0,4 og avtar deretter.
For Mg0/Si02 ^0,77, E>80 kg for en kule med diameter på 2 mm (dvs. større motstand mot knusing enn for kuler av zircon uten tilsetning).
For MgO/Si02>l vil denne egenskap være utilfredsstillende (E<60 kg for en kule med diameter på 2 mm).
Konklusjonen blir da at tilsetning av MgO til blandinger Si02 - Zr02 forbedrer kulenes egenskaper for MgO/Si02^ 1.
De beste egenskaper oppnås for MgO/Si02 omkring 0,4:
E = 145 kg for en kule med diameter på 2 mm.
d) Virkningen av CaO
Innenfor hele området 0 < CaO/Si02 <^ 1,90 oppnår man
regulære kuler med tilfredsstillende ytre utseende.
Undersøkelser av polerte snitt viser at kulene er kompakte, uten sprekker og med fin-krystallinsk ZrO,, opp til CaO/Si02 =1,5.
Over denne verdi begynner hulrom å opptre, hvilke øker når det nevnte forhold øker.
Røntgenanalyser avslører at fremkomsten av denne defekt tilsvarer nærværet av CaO • Zr02 og krystalliserte silikater.
Disse observasjoner bekreftes av studium av de erholdte kulenes egenskaper.
Motstand mot knusing
Denne øker med forholdet CaO/Si02 for så å passere gjennom et maksimum (120 kg/kule) for Ca0/Si02 = 0,82. Den avtar deretter og blir utilfredsstillende (<60 kg) for CaO/Si02 =1,45.
For CaO/Si02 ^ .1,21, E >80 kg (motstanden for kuler av zircon uten tilsetning) .
De beste egenskaper oppnås for et vektforhold CaO/SiC^ på ca. 0,82: E = 120 kg (for en kule med diameter på 2 mm).
Tilsetning av oksydene A^O^, MgO, CaO til zircon-sand (33% Zr02 - 66% Zr02> medfører en økning i andelen av det glassaktige sammenbindende materiale som utgjør den minst hårde fase i kulene. Til tross for dette forbedres motstanden mot knusing meget betydelig. Dette skyldes en forbedring av de mekaniske egenskapene av det glassaktige materiale som dannes.
Sammensetninger med meget høyt innhold av ZrO,, bundet sammen ved hjelp av de beste glassaktige materialer som ble funnet i ovennevnte undersøkelse, vil ha meget sterkt forbedrede egenskaper. Nedenfor skal det gis noen eksempler på sammensetninger med høyt innhold av ZrO,, modifisert ved tilsetning av de nevnte ytterligere oksyder, og som er egnet til bruk i henhold til oppfinnelsen, samt motstanden mot knusing.
Forbedringen av de mekaniske egenskaper som oppnås ved tilsetning av et av oksydene Al20.j, MgO og CaO, bibeholdes når man til den glassaktige fase tilsetter flere av disse oksyder samtidig, idet en del av kalsiumoksydet eller magnesiumoksydet i de forskjellige sammensetninger som er omtalt ovenfor, kan erstattes med henholdsvis MgO eller CaO.
Sammenligningsforsøk ble utført under betingelser som vil fremgå av fig. 1, under anvendelse av Texas-sand og kulene som anvendes i henhold til oppfinnelsen, med samme partikkel-størrelser (10-20 mesh i følge ASTM), dvs. 2-0,84 mm.
Fig. 2 viser de resultater som ble oppnådd med kulene
i følge oppfinnelsen, hvor begynnelsestykkelsen av frakturen var hQ = 6 mm (kurve 1) henholdsvis hQ = 10 mm (kurve 2).
Samme figur viser de resultater som ble oppnådd med Texas-sand med-samme partikkelstørrelse ved en begynnelsestyk-kelse hQ = 10 mm (kurve 3).
Det vil sees at avstivningsmidlene i følge oppfinnelsen er klart de beste. For eksempelvis et trykk på 700 bar er konduktiviteten k.h for disse, for en begynneIsestykkeIse h , 2, 3 eller 4 darcymeter, mens den bare er 0,1 darcymeter for sanden. For øvrig blir konduktiviteten ved bruk av kulene i følge oppfinnelsen, høyt regnet, dividert med en faktor av størrelses-orden 2 idet det effektive trykk stiger fra 50 til 700 bar, mens den under de samme betingelser blir dividert med en faktor som er større enn 10 når det gjelder Texas-sand.
Innføringen av kulene som anvendes i følge oppfinnelsen, kan utføres med de samme væsker som benyttes ved innføringen av sanden. Kulenes tetthet er bare 3,9 mot 7,8 for stålkuler.
De kuler som anvendes i følge oppfinnelsen, og som har en tykkelse på noen millimeter og avstivningsegenskaper omtrent som for stål, kan p.g.a. sin tetthet, som er omtrent halvparten av stålets tetthet, innføres i dobbelt så store volumkonsentrasjoner, hvilket er meget fordelaktig med sikte på avstivning av størst mulig fraktur-overflate. Materialets kvalitet gjør det til gjengjeld mulig å bruke volumkonsentrasjoner som høyst tilsvarer konsentrasjonene av sand, hvis tetthet er lavere.
Avstivningsmidlene i følge oppfinnelsen oppviser for øvrig den fordel overfor stålkuler at de ikke skader ventilene i de pumper som anvendes ved innføringen, og kan derfor innføres ved hjelp av vanlig utstyr, i motsetning til stålkuler.
Den kombinasjon av egenskaper som avstivningsmidlene
i følge oppfinnelsen oppviser, gjør disse til et materiale som er meget godt egnet til avstivning av frakturer tilveiebrakt ved hydraulisk frakturering i store dybder.
Det er mulig, uten å komme utenfor oppfinnelsens ramme, å bruke - sammen med avstivningsmidlene i følge oppfinnelsen - andre avstivningsmidler, som kan være av konvensjonell art, f.eks. de innledningsvis nevnte, idet innføringen av de forskjellige typer avstivningsmidler kan skje samtidig eller i en påfølgende operasjon.
Det kan likeledes være fordelaktig i visse tilfeller
å innføre suksessivt i det minste to forskjellige granulometriske størrelser av avstivningsmidlet i følge oppfinnelsen, idet de grovere større Iser fortrinnsvis innføres sist i det øyemed å holde frakturens munning åpen.
Til slutt skal et sammenligningsforsøk nevnes, hvor en blanding av oksyder (overveiende SiC^/ Al^ O^ og jernoksyder) beskrevet i US-patent 3 4 37 148 ble sammenlignet med avstivningsmiddelet ifølge oppfinnelsen. Resultatet av forsøket, som ble utført ved 100°C under anvendelse av produkter med partikkelstørrelser i området 10 - 40 mesh (ASTM), dvs. 2- 0,42 mm, er vist på fig. 3.
Kurve 1 representerer de resultater som ble oppnådd med et produkt av den type som er beskrevet i US-patent 3 437 148, og kurve 2 representerer forsøk utført med et produkt av den type som er angitt i søknadens krav 1 og 6.
En sammenligning mellom kurve 1 og kurve 2 viser den forbedring i permeabilitet som oppnås i henhold til foreliggende oppfinnelse under de samme forsøksbetingelser, ved en temperatur som er representativ for de temperaturer som hersker i en brønn.
Claims (13)
1. Fremgangsmåte til avstivning av sprekker dannet i veggen av en brønn, ved innsprøyting av en væske inneholdende partikler av et materiale omfattende zirkoniumdioksyd og silisiumdioksyd, karakterisert ved at det som nevnte partikler anvendes et syntetisk produkt dannet av avrundede zirkoniumdioksyd-krystaller omgitt av et glassaktig materiale bestående av silisiumdioksyd og eventuelt aluminiumoksyd og natriumoksyd, hvor zirkoniumdioksydet utgjør opptil 85 vektprosent, basert på oksydene, og silisiumdioksydet utgjør en slik andel at vektforholdet Zr02/Si02 er større enn eller lik 1,5, aluminiumoksydet utgjør en slik andel at vektforholdet Al203/Si02 er mellom 0 og 1,5, og natriumoksydet utgjør en slik andel at vektforholdet Na20/Si02 er mellom 0 og 0,04.
2. Fremgangsmåte ifølge krav 1,
karakterisert ved at det anvendes en væske inneholdende et avstivningsmiddel hvor innholdet av zirkoniumdioksyd i partiklene gjøres høyere jo hardere de geologiske formasjoner er.
3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at man suksessivt innsprøyter i det minste to granulometrisk forskjellige avstivningsmidler.
4. Fremgangsmåte ifølge krav 3,
karakterisert ved at man innsprøyter den granulometrisk groveste del sist.
5. Avstivningsmiddel for anvendelse ved fremgangsmåten ifølge krav 1,
karakterisert ved at det består av partikler av et syntetisk produkt dannet av avrundede zirkoniumdioksydkrystaller omgitt av et glassaktig materiale bestående av silisiumdioksyd og eventuelt aluminiumoksyd og natriumoksyd, hvor zirkoniumdioksydet utgjør opptil 85 vektprosent, basert på oksydene, og silisiumdioksydet utgjør en slik andel at vektforholdet Zr02/Si02 er større enn eller lik 1,5, aluminiumoksydet utgjør en slik andel at vektforholdet Al203/Si02 er mellom 0 og 1,5, og natriumoksydet utgjør en slik andel at vektforholdet Na20/Si02 er mellom 0 og 0,04.
6. Avstivningsmiddel ifølge krav 5, karakterisert ved at partiklene har kuleform.
7. Avstivningsmiddel ifølge krav 5 eller 6, karakterisert ved at partiklene inneholder minst ett av oksydene MgO og CaO i slike mengder at vektforholdet MgO/Si02 er mellom 0 og 1 og vektforholdet CaO/Si02 er mellom 0 og 1,45.
8. Avstivningsmiddel ifølge et av kravene 5-7, karakterisert ved at det inneholder A1203 i en slik mengde at vektf orholdet A^O^/SiO,, er mellom 0,1 og 1.
9. Avstivningsmiddel ifølge et av kravene 5-8, karakterisert ved at vektforholdet MgO/Si02 er 0,4 .
10. Avstivningsmiddel ifølge et av kravene 5-9, karakterisert ved at vektforholdet CaO/Si02 er 0,82.
11. Avstivningsmiddel ifølge krav 5 og 7, karakterisert ved at vektforholdet MgO/Si02 er mellom 0 og 0,77, vektforholdet CaO/Si02 er mellom 0 og 1,21 og vektforholdet Al20.j/Si02 er mellom 0 og 1.
12. Avstivningsmiddel ifølge krav 5, karakterisert ved at vektforholdet Zr02/Si02 er mellom 1,5 og 2,33.
13. Avstivningsmiddel ifølge krav 12, karakterisert ved at vektf orholdet Zr02/Si02 er 2.
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FR7508827A FR2306327A1 (fr) | 1975-03-19 | 1975-03-19 | Procede de soutenement de fractures dans les parois d'un puits traversant des formations geologiques |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
NO760958L NO760958L (no) | 1976-09-21 |
NO149675B true NO149675B (no) | 1984-02-20 |
NO149675C NO149675C (no) | 1984-05-30 |
Family
ID=9152866
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
NO760958A NO149675C (no) | 1975-03-19 | 1976-03-18 | Fremgangsmaate og middel for avstiving av sprekker i veggene av en broenn som strekker seg gjennom geologiske formasjoner |
Country Status (8)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US4072193A (no) |
CA (1) | CA1057038A (no) |
DE (1) | DE2611772C2 (no) |
FR (1) | FR2306327A1 (no) |
GB (1) | GB1502198A (no) |
MX (2) | MX7540E (no) |
NL (1) | NL184125C (no) |
NO (1) | NO149675C (no) |
Families Citing this family (24)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2493910A1 (fr) * | 1980-11-13 | 1982-05-14 | Produits Refractaires | Agent de soutenement a base de zircone et de silice pour fractures geologiques profondes |
US4547468A (en) * | 1981-08-10 | 1985-10-15 | Terra Tek, Inc. | Hollow proppants and a process for their manufacture |
US4623630A (en) | 1982-02-09 | 1986-11-18 | Standard Oil Proppants Company | Use of uncalcined/partially calcined ingredients in the manufacture of sintered pellets useful for gas and oil well proppants |
US4427068A (en) | 1982-02-09 | 1984-01-24 | Kennecott Corporation | Sintered spherical pellets containing clay as a major component useful for gas and oil well proppants |
US4680230A (en) * | 1984-01-18 | 1987-07-14 | Minnesota Mining And Manufacturing Company | Particulate ceramic useful as a proppant |
US4668645A (en) * | 1984-07-05 | 1987-05-26 | Arup Khaund | Sintered low density gas and oil well proppants from a low cost unblended clay material of selected composition |
US4639427A (en) * | 1985-06-28 | 1987-01-27 | Norton Company | Stress-corrosion resistant proppant for oil and gas wells |
US7036591B2 (en) * | 2002-10-10 | 2006-05-02 | Carbo Ceramics Inc. | Low density proppant |
RU2235703C9 (ru) * | 2003-05-12 | 2019-01-15 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Форэс" | Способ изготовления керамических расклинивателей нефтяных скважин |
EP1802429A4 (en) * | 2004-07-09 | 2010-03-03 | Carbo Ceramics Inc | PROCESS FOR PRODUCING SOLID CERAMIC PARTICLES IN ATOMIZATION DRYING PROCESS |
US20060081371A1 (en) * | 2004-09-14 | 2006-04-20 | Carbo Ceramics Inc. | Sintered spherical pellets |
US20070059528A1 (en) * | 2004-12-08 | 2007-03-15 | Carbo Ceramics Inc. | Low resin demand foundry media |
AU2006218614A1 (en) * | 2005-03-01 | 2006-09-08 | Carbo Ceramics Inc. | Methods for producing sintered particles from a slurry of an alumina-containing raw material |
US20070023187A1 (en) * | 2005-07-29 | 2007-02-01 | Carbo Ceramics Inc. | Sintered spherical pellets useful for gas and oil well proppants |
DE102005045180B4 (de) * | 2005-09-21 | 2007-11-15 | Center For Abrasives And Refractories Research & Development C.A.R.R.D. Gmbh | Kugelförmige Korundkörner auf Basis von geschmolzenem Aluminiumoxid sowie ein Verfahren zu ihrer Herstellung |
JP2009512557A (ja) * | 2005-10-19 | 2009-03-26 | カーボ、サラミクス、インク | 低熱膨張鋳造媒体 |
US7845409B2 (en) * | 2005-12-28 | 2010-12-07 | 3M Innovative Properties Company | Low density proppant particles and use thereof |
US7828998B2 (en) | 2006-07-11 | 2010-11-09 | Carbo Ceramics, Inc. | Material having a controlled microstructure, core-shell macrostructure, and method for its fabrication |
EA015865B1 (ru) * | 2006-08-30 | 2011-12-30 | Карбо Керамикс Инк. | Проппант низкой насыпной плотности и способы его изготовления |
US20080066910A1 (en) * | 2006-09-01 | 2008-03-20 | Jean Andre Alary | Rod-shaped proppant and anti-flowback additive, method of manufacture, and method of use |
US8562900B2 (en) | 2006-09-01 | 2013-10-22 | Imerys | Method of manufacturing and using rod-shaped proppants and anti-flowback additives |
EA201000114A1 (ru) * | 2007-07-06 | 2010-06-30 | Карбо Керамикс Инк. | Проппант и способ гидравлического разрыва пласта (варианты) |
US20090118145A1 (en) * | 2007-10-19 | 2009-05-07 | Carbo Ceramics Inc. | Method for producing proppant using a dopant |
AU2012236861A1 (en) * | 2011-03-29 | 2013-10-31 | Saint-Gobain Ceramics & Plastics, Inc. | Ceramic particle and process for making the same |
Family Cites Families (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR1159278A (fr) * | 1955-09-29 | 1958-06-25 | Corning Glass Works | Corps réfractaires à base de zircone, d'alumine et de silice |
US2924533A (en) * | 1956-05-28 | 1960-02-09 | Carborundum Co | Spheroidal refractory material and method of making |
US3373815A (en) * | 1966-05-06 | 1968-03-19 | Exxon Production Research Co | Fracturing of subterranean formations |
US3437148A (en) * | 1967-01-06 | 1969-04-08 | Union Carbide Corp | Method and article for increasing the permeability of earth formations |
US3701383A (en) * | 1971-01-07 | 1972-10-31 | Shell Oil Co | Fracture propping |
DD94796A1 (no) * | 1972-03-10 | 1973-01-12 | ||
US3976138A (en) * | 1974-08-01 | 1976-08-24 | Union Carbide Corporation | Method of increasing permeability in subsurface earth formation |
-
1975
- 1975-03-19 FR FR7508827A patent/FR2306327A1/fr active Granted
-
1976
- 1976-03-18 CA CA248,416A patent/CA1057038A/fr not_active Expired
- 1976-03-18 MX MX769130U patent/MX7540E/es unknown
- 1976-03-18 NO NO760958A patent/NO149675C/no unknown
- 1976-03-18 MX MX100366U patent/MX3478E/es unknown
- 1976-03-18 GB GB10963/76A patent/GB1502198A/en not_active Expired
- 1976-03-19 NL NLAANVRAGE7602944,A patent/NL184125C/xx not_active IP Right Cessation
- 1976-03-19 US US05/668,480 patent/US4072193A/en not_active Expired - Lifetime
- 1976-03-19 DE DE2611772A patent/DE2611772C2/de not_active Expired
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
NL184125C (nl) | 1989-04-17 |
NO760958L (no) | 1976-09-21 |
FR2306327A1 (fr) | 1976-10-29 |
NL7602944A (nl) | 1976-09-21 |
MX3478E (es) | 1980-12-11 |
GB1502198A (en) | 1978-02-22 |
FR2306327B1 (no) | 1982-05-14 |
MX7540E (es) | 1989-08-22 |
NO149675C (no) | 1984-05-30 |
DE2611772C2 (de) | 1985-07-04 |
DE2611772A1 (de) | 1976-10-07 |
US4072193A (en) | 1978-02-07 |
CA1057038A (fr) | 1979-06-26 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
NO149675B (no) | Fremgangsmaate og middel for avstiving av sprekker i veggene av en broenn som strekker seg gjennom geologiske formasjoner | |
RU2366684C2 (ru) | Расклинивающий наполнитель для гидравлического разрыва нефтяных или газовых скважин и способ уменьшения или исключения эффекта "обратного потока" в нефтяных и газовых скважинах | |
CA1330255C (en) | Lightweight proppants for oil and gas wells and methods for making and using same | |
US7648934B2 (en) | Precursor compositions for ceramic products | |
EP0101855A1 (en) | Low density proppant for oil and gas wells | |
US4427068A (en) | Sintered spherical pellets containing clay as a major component useful for gas and oil well proppants | |
US4879181A (en) | Sintered spherical pellets containing clay as a major component useful for gas and oil well proppants | |
US5188175A (en) | Method of fracturing a subterranean formation with a lightweight propping agent | |
US4894285A (en) | Sintered spherical pellets containing clay as a major component useful for gas and oil well proppants | |
AU2010276638B2 (en) | Composition and method for producing an ultra-lightweight ceramic proppant | |
RU2432382C2 (ru) | Сферический керамический расклинивающий наполнитель для гидравлического разрыва нефтяных или газовых скважин и способ формирования углублений на поверхности сферических керамических расклинивающих наполнителей | |
CN101602574B (zh) | 一种高强度泡沫玻璃的制备方法 | |
EA012824B1 (ru) | Расклинивающий агент для газовых и нефтяных скважин и способ трещинообразования подземной формации | |
WO2009027841A3 (en) | Proppants and anti-flowback additives made from sillimanite minerals, methods of manufacture, and methods of use | |
US20090227480A1 (en) | Angular abrasive proppant, process for the preparation thereof and process for hydraulic fracturing of oil and gas wells | |
NO20110843A1 (no) | Proppemidler med hoy styrke | |
US2924533A (en) | Spheroidal refractory material and method of making | |
Adams | An experimental investigation into the action of differential pressure on certain minerals and rocks, employing the process suggested by Professor Kick | |
DK168099B1 (da) | Udfyldende afstivningsmateriale og hydraulisk fraktureringsmetode | |
US4607697A (en) | Propping agent based on zirconia and silica for deep geological fractures | |
CN107200550A (zh) | 一种耐磨瓷砖及其生产工艺 | |
NO171448B (no) | Fremgangsmaate for fremstilling av et keramisk, polykrystallinsk slipemiddel | |
Martel et al. | Experimental fragmentation of crystal-and vesicle-bearing silicic melts | |
Wu et al. | Corrosion resistance of ceramic proppant in BaO–CaO–P2O5–Al2O3 system | |
RU2472837C2 (ru) | Легкий проппант |