NO161139B - Fremgangsmaate for hydraulisk frakturering samt proppemiddel til bruk ved fremgangsmaaten. - Google Patents

Fremgangsmaate for hydraulisk frakturering samt proppemiddel til bruk ved fremgangsmaaten. Download PDF

Info

Publication number
NO161139B
NO161139B NO830020A NO830020A NO161139B NO 161139 B NO161139 B NO 161139B NO 830020 A NO830020 A NO 830020A NO 830020 A NO830020 A NO 830020A NO 161139 B NO161139 B NO 161139B
Authority
NO
Norway
Prior art keywords
plugging agent
particles
weight
percent
specified
Prior art date
Application number
NO830020A
Other languages
English (en)
Other versions
NO830020L (no
NO161139C (no
Inventor
Eugene Paul Lunghofer
Original Assignee
Carbo Ceramics Inc
Niro Atomizer As
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from DK003682A external-priority patent/DK155781C/da
Priority claimed from US06/437,206 external-priority patent/US4522731A/en
Application filed by Carbo Ceramics Inc, Niro Atomizer As filed Critical Carbo Ceramics Inc
Publication of NO830020L publication Critical patent/NO830020L/no
Publication of NO161139B publication Critical patent/NO161139B/no
Publication of NO161139C publication Critical patent/NO161139C/no

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09KMATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K8/00Compositions for drilling of boreholes or wells; Compositions for treating boreholes or wells, e.g. for completion or for remedial operations
    • C09K8/60Compositions for stimulating production by acting on the underground formation
    • C09K8/80Compositions for reinforcing fractures, e.g. compositions of proppants used to keep the fractures open
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2/00Processes or devices for granulating materials, e.g. fertilisers in general; Rendering particulate materials free flowing in general, e.g. making them hydrophobic
    • B01J2/16Processes or devices for granulating materials, e.g. fertilisers in general; Rendering particulate materials free flowing in general, e.g. making them hydrophobic by suspending the powder material in a gas, e.g. in fluidised beds or as a falling curtain
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01FCOMPOUNDS OF THE METALS BERYLLIUM, MAGNESIUM, ALUMINIUM, CALCIUM, STRONTIUM, BARIUM, RADIUM, THORIUM, OR OF THE RARE-EARTH METALS
    • C01F7/00Compounds of aluminium
    • C01F7/02Aluminium oxide; Aluminium hydroxide; Aluminates
    • C01F7/30Preparation of aluminium oxide or hydroxide by thermal decomposition or by hydrolysis or oxidation of aluminium compounds
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH DRILLING; MINING
    • E21BEARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B43/00Methods or apparatus for obtaining oil, gas, water, soluble or meltable materials or a slurry of minerals from wells
    • E21B43/25Methods for stimulating production
    • E21B43/26Methods for stimulating production by forming crevices or fractures
    • E21B43/267Methods for stimulating production by forming crevices or fractures reinforcing fractures by propping
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01PINDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00Particle morphology
    • C01P2004/30Particle morphology extending in three dimensions
    • C01P2004/32Spheres
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01PINDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00Particle morphology
    • C01P2004/50Agglomerated particles
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01PINDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00Particle morphology
    • C01P2004/51Particles with a specific particle size distribution
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01PINDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00Particle morphology
    • C01P2004/60Particles characterised by their size
    • C01P2004/61Micrometer sized, i.e. from 1-100 micrometer
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01PINDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2006/00Physical properties of inorganic compounds
    • C01P2006/10Solid density
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01PINDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2006/00Physical properties of inorganic compounds
    • C01P2006/21Attrition-index or crushing strength of granulates
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01PINDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2006/00Physical properties of inorganic compounds
    • C01P2006/32Thermal properties
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01PINDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2006/00Physical properties of inorganic compounds
    • C01P2006/80Compositional purity

Description

Oppfinnelsen vedrører en fremgangsmåte og et proppemiddel til bruk ved hydraulisk frakturering av underjordiske formasjoner som omgir oljebrønner, gassbrønner og lignende borehull.
Hydraulisk frakturering er en brønnstimuleringsteknikk som har til hensikt å øke produktiviteten av brønnen ved fremskaffelse av meget ledende sprekker eller kanaler i produksjons-formasjonene som omgir brønnen. Prosessen innbefatter normalt to trinn. For det første blir et fluid injisert i brønnen med en tilstrekkelig hastighet og trykk til å rive opp formasjonen for derved å fremskaffe brudd (sprekker) i reservoarberget. Deretter blir et partikkelformet materiale (proppemiddel) ført inn i formasjonen for å "proppe" sprekken åpen.
For at der skal opptre brønnstimulering, må proppemiddelet ha tilstrekkelig mekanisk styrke til å motstå lukkekreftene som utøves av jordbunnen. Dersom proppemiddelet. ikke er sterkt nok til å motstå jordens lukkekrefter, så vil proppemiddelet ha en tendens til å gå i oppløsning med følgende reduksjon av permeabiliteten av den proppede sprekk.
På den annen side må proppemiddelet også være rimelig fordi der benyttes store mengder av proppemiddel ved brønn-stimuleringsbehandling. F.eks. kreves der ca. 61 tonn med proppemiddel av sintret bauxitt for å fylle en sprekk på ca. 27 m 3. Se McDaniel m.fl. "The Effeet of Various Proppants and Proppant Mixtures on Fracture Permeability", SOCIETY OF PETROLEUM ENGINEERS OF AIME, AIME Paper No. SPE 757 3. (1978), s. 4.
På grunn av sin lave pris, relative tilgjengelighet i overflod og lave densitet er sand et ideelt proppemiddel for hydraulisk frakturering ved formasjoner med liten lukkepåkjenning (2.758 N/cm o). Mens spesialsilet (vanligvis maske-størrelse 20-40) sand av høy kvalitet (f.eks. Ottawa-sand) benyttes i forbindelse med formasjoner med stor lukkepåkjenning, vil ytelsen avta drastisk vedøkte påkjenninger, spesielt over 5.400 N/cm 2 • Ved påkjenninger ved 6.895 N/cm 2 og større vil selv sand av høyeste kvalitet være ubrukelig. '
Hittil har det eneste kjente proppemiddel som har vært
i stand til å motstå lukketrykk på 6.895 N/cm 2 eller større, vært sintrede bauxittproppemidler med høy densitet. Se Cooke, "Hydraulic Fracturing with a High-Strength Proppant", SOCIETY OF PETROLEUM ENGINEERS OF AIME, AIME Paper No. SPE 6213 (1976); Jones m.fl. "Light Weight Proppants for Deep Gas Well Stimu-lation", overlevert til Bartlesville Energy Technologi Center av Terra Tek, Inc., under statlig kontrakt nr. DE-AC19-79BC10038 (juni 1980) (Terra Tek paper); McDaniel m.fl. Som det fremgår av US patentskrift, nr. 4 068 718 (Cooke m.fl.), består dette sterke proppemiddel av sintrede bauxittpartikler med en egenvekt større enn 3,4. Høy densitet er beskrevet som et kritisk trekk hos dette proppemiddel. I henhold til Cooke m.fl. er den høye densitet nødvendig for oppnåelse av stor styrke og motvirking av fragmentering ved høye påkjenningsnivåer. De forklarer at permeabiliteten synker drastisk når der benyttes partikler med lav densitet (egenvekt under 3,4, se spalte 6, linje 6-35).
Høyverdige aluminiumoksyd-proppemidler er også blitt rapportert som brukbare hva angår motstand mot lukketrykk på 6.895 N/cm<2>, se US patentskrift 3 976 138 (Colpoys m.fl.). Dette forhold er imidlertid ikke blitt bekreftet av uavhengige gransk-ere. I alle fall vil proppemiddelet i henhold til Colpoys m.fl. også bestå av høydensitet-partikler, dvs. med egenvekter på 3,40 og større. Selv om Colpoys m.fl. også beskriver et proppemiddel med lav densitet tildannet av lawerdig aLuminium, så angir de ikke at dette mindre foretrukne proppemiddel har mulighet til å motstå slike alvorlige betingelser.
Mens sintrede bauxittproppemidler er fordelaktige i og med at de kan motstå lukketrykk på 6 895 N/cm 2 eller større, så er de beheftet med visse ulemper under bruk. På bekostning av den høye densitet krever det sprekkdannende fluider jtied høy viskositet og/eller høye pumpehastigheter sammen med lave proppemiddelkonsentrasjoner. Dette gjør det vanskeligere å oppnå sprekkdannelsesstyring og sprekker med stor konduktivitet.
(Se Terra Tek paper på s. 3). Fordi proppemiddelet ifølge Colpoys m.fl. har en lignende, høy densitet, kunne man vente de
i
samme problemer i forbindelse med bruken av dette. Dessuten er sintret bauxitt forholdsvis dyrt. Prisen pr. kg bauxitt er
ti til femten ganger sandprisen. (Se Terra Tek paper s. 2-3
og McDaniel m.fl. s. 4). Følgelig har der foreligget et bestemt behov for et proppemiddel som har lavere densitet, . som koster mindre/ og som har en mekanisk styrke til å motstå lukketrykk på
2
6 895 N/cm eller mer.
Hovedhensikten med den foreliggende oppfinnelse er derfor å skaffe et proppemiddel til hydraulisk sprekkdannelse i underjordiske formasjoner som ikke er beheftet med de ovennevnte ulemper.
En mer spesiell hensikt med den foreliggende oppfinnelse er å skaffe et proppemiddel for hydraulisk frakturering av underjordiske formasjoner, hvilket proppemiddel har tilstrekkelig mekanisk styrke til å motstå lukketrykk på 6 895 N/cm 2 eller mer, men som også har en densitet på mindre enn 3,0 g/cm<3>.
En ytterligere hensikt med oppfinnelsen er å skaffe
et proppemiddel til bruk ved hydraulisk frakturering i underjordiske formasjoner og som er billigere enn proppemiddel av sintret bauxitt.
En ytterligere hensikt med oppfinnelsen er å skaffe et proppemiddel til bruk ved hydraulisk frakturering i underjordiske formasjoner som krever sprekkdannende fluider med lavere viskositet og lavere pumpehastigheter enn sintrede bauxitt-proppemidler.
Enda en hensikt med den foreliggende oppfinnelse er å skaffe et proppemiddel for hydraulisk frakturering i underjordiske formasjoner som gjør sprekkdannelsesstyring og oppnåelse av sprekker med høy konduktivitet lettere.
Et tilleggstrekk ved oppfinnelsen er å skaffe et økonomisk alternativ til sand for midlere lukkepåkjenninger
(4 137-6 895 N/cm 2) ved underjordiske formasjoner.
Ytterligere hensikter og fordeler ved den foreliggende oppfinnelse vil fremgå av den følgende beskrivelse eller ved ut-øvelsen av oppfinnelsen i tillegg til gjennomlesning av be-skrivelsen. Hensiktene og fordelene med oppfinnelsen kan reali-seres og oppnås ved hjelp av midler og kombinasjoner'slik disse fremgår av de vedføyde krav.
For oppnåelse av hensiktene og i henhold til formålet med den foreliggende oppfinnelse, slik den er omtalt og generelt beskrevet her, omfatter oppfinnelsen et høystyrke-proppemiddel til bruk ved'hydraulisk frakturering av underjordiske' formasjoner, omfattende faste, sfæriske partikler, idet partiklene har et aluminiumoksydinnhold på mellom 40 og 60 vektprosent, en densitet på mindre enn 3,0 g/cm<3>bg en permeabilitet ved omgivende temperatur på 100 000 millidarcies eller mer ved 6 895 N/cm .
For ytterligere å oppnå hensiktene i henhold til mål-settingen for den foreliggende oppfinnelse, slik det her er beskrevet og omtalt, omfatter oppfinnelsen en hydraulisk frakture-ringsmetode hvor et fluid, føres inn i en underjordisk formasjon for å danne en sprekk i denne, hvoretter et proppemiddel av høy styrke blir plassert i formasjonen for å proppe sprekken åpen, idet proppemiddelet omfatter kompakte, sfæriske partikler med et aluminiumoksydinnhold på mellom 40 og 60 vektprosent,
en densitet på mindre enn 3,0 g/cm<3>og en permeabilitet ved omgivende temperatur på 100 000 millidarcies eller mer ved 6 89 5 N/cm<2>.
De ovennevnte og andre hensikter og fordeler ved den foreliggende oppfinnelse vil fremstå tydeligere fra den følgende beskrivelse av foretrukne utførelsesformer. Fig. 1 er et diagram over permeabilitet i forhold til lukkepåkjenning for prøver av sintret bauxitt, Ottawa-sand og proppemiddelet i henhold,til den foreliggende oppfinnelse ved tester utført under laboratorieforhold. Fig. 2 er et diagram over konduktivitetreduksjon p.g.a. saltvann og påvirkning av høy temperatur i forhold til tiden for prøver av henholdsvis sintret bauxitt og proppemiddelet i henhold til den foreliggende oppfinnelse, idet materialene er testet under laboratorieforhold. Fig. 3 er et diagram over konduktivitetreduksjon p.g.a. sjøvann og påvirkning av høy temperatur i forhold til tid av prøver av henholdsvis Ottawa-sand og proppemiddelet,i henhold til den foreliggende oppfinnelse, idet prøvene er utført under, laboratoriebetingelser.. Fig.' 4 er et diagram over konduktivitet i forhold til lukkepåkjenning ved en strømningshastighet på 1 Mscf/D for en
konsentrasjonen av 1 lb/ft 2 av proppemiddelet i henhold til den foreliggende oppfinnelse og en konsentrasjon av 3 lb/ft 2 av Ottawa-sand, idet testen er utført under laboratoriebetingelser.
Fig. 5 er et diagram over konduktivitet i forhold til lukkepåkjenning ved en strømningshastighet på 10 Mscfi/D for en konsentrasjon av 1 lb/ft 2 av proppemiddelet i henhold til den foreliggende oppfinnelse og en konsentrasjon av 3 lb/ft 2av Ottawa-sand, idet testen er utført under laboratorieforhold.
Utførelsesformer for oppfinnelsen vil nå bli beskrevet
. under henvisning til tegningen.
Et proppemiddel med høy styrke til bruk ved hydraulisk frakturering av underjordiske formasjoner som cmgir olje-brønner, gassbrønner eller lignende borehull, omfatter i henhold til oppfinnelsen kompakte, sfæriske partikler med et aluminiumoksydinnhold på mellom 40 og 60 vektprosent, en densitet på mindre enn 3,0 g/cm 3 og en permeabilitet på o 100 000 millidarcies eller mer ved omgivende temperatur og et trykk pa 6 89 5 N/cm .
For realisering av den foreliggende oppfinnelse kan proppemiddel-partiklene ha et aluminiumoksyd (A^O-j)-innhold på mellom 40 og 60 vektprosent, fortrinnsvis mellom 4 5,5 og 60vektprosent, og et silisiumoksyd (Si02)-innhold på mellom 36,5 og 56,5 vektprosent, fortrinnsvis mellom 36,5 og 51 vektprosent. Der er oppnådd gode resultater med materialer som har den følgende sammensetning (kalsinert basis):
Dette materiale har en densitet på ca. 2,62-2,65 g/cm .
Ved en foretrukken utførelsesform kan"proppemiddel-partiklene være tildannet av en aluminiumholdig Eufaulamalm. Uttrykket "aluminiumholdig Eufaulamalm" betegner en aluminiumholdig malra som finnes rundt Eufaula, Alabama. Se Burst, J.F., "Genetic Rélationship of the Andersonville, Georgia and Eufaula, Alabama Bauxitic-Kaolin Areas", Society of Mining Engineers, AIME Transactions, vol. 246,, s. 337-144 (juni 1974), som her-ved innlemmes som referanse for bakgrunnsinformasjon. Fortrinnsvis vil aluminiumholdig Eufaulamalm inneholde i det minste (over 5 vektprosent) gibbsitt. Jo større gibbsittinnholdet er, jo høyere er tapet ved tenning. Fortrinnsvis vil tapet ved tenning ligge mellom 14,5 og 20 vektprosent. Der er oppnådd gode resultater med et ;gibbsittinnhold som gir et tap ved tenning på ca. 17,1 vektprosent.
En mindre mengde (opptil 5%) av aluminiumholdig Eufaulamalm kan erstattes med en knusestyrke-forsterker som er valgt fra den gruppe som består av: nefelin-syenitt, smeltet bauxitt-støv, wollastonitt, talk og feltspat. Av disse er nefelin-syenitt den foretrukne knusestyrke-forsterker. Det antas at tillegget av opptil 5% av en av disse knusestyrke-forsterkere vil tjene til å forhindre cristobalitt-dannelse ved sintring av råmaterialet og derved øke kunsestyrken hos de endelige partikler.
Proppemiddel-partiklene i henhold til den foreliggende oppfinnelse kan fremstilles1 i henhold til den fremgangsmåte.
Ved denne tilberedes en vandig matesuspensjon eller føding omfattende aluminiummalm-materiale og et passende binde-middel. Matesuspensjonen blir deretter kontinuerlig forstøvet inn i et lag av allerede delvis tørkede par-
tikler som er fluidisert i en strøm av tørkeluft. Fra dette lag blir der kontinuerlig gjenvunnet partikler og disse blir kontinuerlig separert i overstørrelses-, under-størrelses- og produktfraksjoner, noe som tillater forventet krymping i den etterfølgende sintreoperasjon. Understørrelses-f raks joner,, fraksjoner av forholdsvis fine produkter, malte produktfraksjoner og malte overstørrelsés-produktfraksjoner blir i
kontinuerlig resirkulert på et sted som (målt langs strømnings-banen for partiklene) befinner seg på en vesentlig avstand fra det sted hvor gjenvinningen av slike partikler finner sted. De ikke-resirkulerte produktfraksjoner blir tørket og sintret ved varme ved en temperatur på mellom 1 200 og 1 650°C.
Proppemidler som er tildannet fra de ovenfor beskrevne materialer og ved hjelp av de ovenfor omtalte fremgangsmåter, vil ha en densitet på mindre enn 3,0 g/cm 3, noe som gjør at de ikke blir beheftet med de ovenfor omtalte ulemper som har forbindelse med de ovenfor omtalte sintrede bauxitt-proppemidler med høy densitet. Dessuten vil man, i motsetning til den lære som formidles av Cooke m.fl., ifølge den foreliggende oppfinnelse få et proppemiddel med lavere densitet som har tilstrekkelig mekanisk styrke til å motstå lukkepåkjenninger på 6 895 N/cm 2 eller mer. Anvendbarheten av proppemidlene i henhold til den foreliggende oppfinnelse i forbindelse med anvendelser ved høy lukkepåkjenning demonstreres ved den komparative perme-abilitettest som er beskrevet i eksempel 1.
Eksempel 1 - permeabilitet
Permeabiliteten av en prøve av et proppemiddel i henhold til oppfinnelsen med finhetsgrad 20-40 mesh ble sammenlignet med en 20-4 0 mesh prøve av sintret bauxitt-proppemiddel av den type som er beskrevet av Cooke m.fl. Proppemiddelet i henhold til
oppfinnelsen hadde den følgende sammensetning (kalsinert basis):
Middelet hadde en densitet på ca. 2,62-2,65 g/cm . Det sintrede bauxitt-proppemiddel var et markedsført produkt fra The Norton Company. Det hadde et aluminiumoksydinnhold på
mellom 86 og 89% og en densitet på ca. 3,68-3,75 g/cm 3.
Permeabiliteten ble bestemt ved pumping av cfeionisert vann med en kjent hastighet gj,ennom et kjent volum (70 ml løs)
av hver prøve plassert i et permeameter konstruert for å simu-lere en proppet sprekk. Dette ble gjort ved omgivende temperatur og ved forskjellige lukketrykk mellom 344 N/cm 2 og 8.274 N/cm 2.
En konstant verdi av lukkepåkjenningen ble oppnådd ved hjelp av et hydraulisk trykk. Trykkfallet over den simulerte sprekk ble opptegnet, såvel som den proppede sprekktykkelse for hver lukkepåkjenning. Testresultatene er vist i kurveform på fig. 1. For ytterligere sammenligning ble resultatene av permeabilitets-testen på en Ottawa-sand "av finhetsgrad 20-40 mesh også satt opp i kurveform.
Permeabiliteten hos proppemiddelet i henhold til den foreliggende oppfinnelse avtok raskere medøkende lukketrykk enn permeabiliteten hos det sintrede bauxitt-proppemiddel. Likevel opprettholder proppemiddelet i henhold til den foreliggende oppfinnelse en permeabilitet som er større enn 100 000 millidarcies ved lukketrykk på opptil 6 895 N/cm 2. Selv ved et trykk på 8 274 N/cm 2 ér permeabiliteten hos proppemiddelet i henhold til den foreliggende oppfinnelse meget høy. Disse resultater viser at proppemiddelet i henhold til oppfinnelsen passer for anvendelse i forbindelse med gass- og oljekilder med høye lukketrykk.
Eksemplene 2-4 viser at proppemiddelet i henhold til oppfinnelsen også oppfyller sandspesifikasjonene for sikteanalyse, sfærisitet- og rundhetsevaluering, og knusemotstand i henhold til American Petroleum Institute. Selv om eksempel 5 viser at den sure oppløsbarhet av proppemiddelet i henhold til oppfinnelsen ligger akkurat utenfor sandspesifikasjonene ifølge American Petroleum Institute, viser de saltvann-påkjenningsprøver som er rapportert i eksempler 6 og 7, at proppemiddelet i henhold til oppfinnelsen har en korrosjonsmotstand av samme størrelsesorden som både sintret bauxitt-proppemiddel og Ottawa-sandproppemidler (American Petroleum Institute har ennå ikke utgitt en offisiell spesifikasjon for sintret bauxitt-proppemiddel).
Eksempel 2 - sikteanalyser
Prøver på 100 g av de materialer som ble testet under eksempel 1, ble plassert i et sett av sikter og ristet i 15 min under bruk av siktstørrelser anbefalt av forskrifter gitt av American Petroleum Institute. Den prøve som ble igjen på hver sikt, ble deretter veiet for bestemmelse av den prosentvise til-bakeholdelse. Resultatene var som følger:
Prosent tilbakeholdt
Eksempel 3 - evaluering av sfærisitet og rundhet
Tyve partikler av de materialer som ble testet under eksempel 1 ble eksaminert visuelt for evaluering av sfærisitet og rundhet, idet der ble benyttet Krumbeins og Sloss' kart til, visuell vurdering av disse størrelser. Resultatene ble som følger:
Eksempel 4 - knusemotstand
40 gram prøver av en spesiell partikkelstørrelse av de materialer som ble testet under eksempel 1, ble isolert og plassert i en testcelle. Cellene ble plassert i en hydraulisk presse og der ble anvendt en kraft på 5 66 2 kp i 2 min. Prøvene ble deretter siktet og de fineste samlet sammen og veiet. Resultatene var som følger:
Eksempel 5 - syreoppløsbarhet
Prøver av de materialer som ble testet under eksempel 1,
ble tørket til en konstant vekt og 5 g ble veiet til det nærmeste 0,1 mg. Prøvene ble behandlet med 100 ml av 12% HC1 - 3% HF i et vannbad ved 65,6°C i 30-35 min. Prøvene ble filtrert, vasket og tørket til en konstant vekt. Vekttapet ble bestemt og beregnet som en prosentandel. Resultatene ble som følger:
(På grunn av den lille prøvestørrelse er nøyaktigheten av denne test usikker.F.eks. har andre tester med sintret bauxitt-proppemiddel gitt en 7% syreoppløsbarhet).
Eksempel 6 - saltvannspåkjenning
Prøver av de materialer som ble testet i eksempel log med finhetsgrad 20-40 mesh, ble plassert i en testcelle og oppvarmet til 121°C. For begge proppemidler ble der benyttet en konsentrasjon av 0,98 g/cm 2. En saltvannsoppløsning ble pumpet gjennom proppemiddelet med en konstant hastighet i et tidsrom på 24 h. Saltvannsoppløsningen hadde følgende ingredienser: 8% NaCl og 2,5% CaCl. Denne oppløsning ble forhåndsvarmet for å passe til celletemperaturen på 121°C. Lukkepåkjenningen på proppemiddelet ble bibeholdt på et konstant nivå på 5 516 N/cm 2 under hele testen. Under hele testen ble trykkfallet gjennom proppemiddelet opptegnet med det formål å bestemme permeabilitet-reduksjonen. Resultatet av konduktivitetsvekningen i forhold til tid for disse to materialer, er vist på fig. 2. Konduktivitetene ble normalisert med hensyn til opprinnelig konduktivitet for mulig-gjøring av direkte sammenligning. Slik det fremgår av fig. 2, er den prosentvise konduktivitetreduksjon av proppemiddelet i henhold til den foreliggende oppfinnelse noe mindre enn den for proppemiddelet av sintret bauxitt.
Eksempel 7 - saltvannspåkjenning
Tester i likhet med dem ifølge eksempel 6 ble utført med 20-40 mesh prøver av proppemiddelet ifølge den foreliggende oppfinnelse testet i eksempel 1 og Ottawa-sand ved 2 758 N/cm 2. Resultatene er vist grafisk på fig. 3. Fra denne figur fremgår det at den prosentvise konduktivitetsreduksjon er hovedsakelig den samme for begge proppemidlene i henhold til den foreliggende oppfinnelse og Ottawa-sanden.
I tillegg til å være av nytte i forbindelse med hydraulisk sprekkdannelsel i underjordiske formasjoner med høy lukkepåkjenning (6.895 N/cm 2 eller større), er proppemiddelet i henhold til oppfinnelsen til nytte også i forbindelse med anvendelser hvor der opptrer midlere lukkepåkjenninger (4 137-6 895 N/cm 2). Ikke bare vil proppemiddelet i henhold til oppfinnelsen gi en bedre virkning enn sand under slike betingelser, men der vil også bare kreves en tredjedel så meget proppemiddel. Således utgjør bearbeidelsen av underjordiske formasjoner med midlere lukketrykk med proppemiddelet i henhold til oppfinnelsen et økonomisk bruk-bart alternativ sammenlignet med bruken av sand. Eksempler 8-10 illustrerer den sammenlignbare effektivitet av proppemiddelet i henhold til den foreliggende oppfinnelse og Ottawa-sand ved et konsentrasjonsforhold på 1:3.
Eksempel 8
Prøver av finhetsgrad 20-40 mesh av proppemiddelet i henhold til den foreliggende oppfinnelse som ble testet i eksempel 1, og Ottawa-sand ble plassert i en testcelle og oppvarmet til 121°C ved et lukketrykk på 6 895 N/cm . Forhåndsvarmet nitrogen ble ved et trykk på 69 N/cm 2 ført gjennom prøvene i denne periode. Da måltesttemperaturen ble nådd, ble gasstrømningshastighetene variert for fremskaffelse av kunstige hastigheter fra 1 cm/sek til 30 cm/sek. Gasstemperaturene ved innløpet og ut-løpet fra cellen sammen med celletemperaturen ble registrert.
Der ble også målt gasstrømningshastighet, prøvehøyde og trykkfall langs 10 cm cellelengde. Hver strøm fikk anledning til å oppnå stabile tilstander før man gikk over til den neste strømnings-hastighet. De ovenfor angitte strømningsområder ble gjentatt for lukketrykk på 1 379, 2 758, 4 137, 5 516 og 6 895 N/cm<2>. Dataene ble deretter analysert for fremskaffelse av verdier ved hvert lukketrykk for reduksjonspermeabilitet og konduktivitet ved forskjellige strømningshastigheter, turbulensfaktor og absolutt permeabilitet. Strømningshastighetene ble styrt ved bruken av en måleventil som var plassert ved utgangen fra cellen, noe som muliggjorde styring av testtrykket. Strømningshastighetene ble målt ved atmosfæriske betingelser ved hjelp av et termisk strømningsmeter ved høye og midlere hastigheter og et rotometer for lave strømningshastigheter. Gasstrømningshastighet og densitet ved testbetingelser ble beregnet fra atmosfæriske målinger, idet der ble antatt idealgass-oppførsel og bruken av et gjennom-snittlig gasstemperaturtrykk i cellen.
Prøvene ble utført under bruken av proppemiddel i henhold til den foreliggende oppfinnelse ved konsentrasjoner på 0,24, 0,49 og 0,732 g/cm 2 og Ottawa-sand ved konsentrasjoner på 0,7 32, 1,4 6 og 2,2 g/cm 2. For proppemiddelet i henhold til den foreliggende oppfinnelse ble følgende resultater oppnådd:
(På grunn av vanskelighetene med målingen av prøvehøyde ved lave proppemiddelkonsentrasjoner er permeabilitet og turbulensfak-torer for tester med konsentrasjon 0,24 g/cm 2ikke angitt).
i
For (pttawa-sand fikk man følgende data:
Fordi virkningen av turbulens gjør seg mer gjeldende
ved økende hastigheter, er det ikke tilstrekkelig å sammenligne absolutte permeabiliteter og konduktiviteter alene. Figurene 4 og 5 viser derfor Darcy-konduktivitet ved to forskjellige hastigheter som man vil møte ved sprekkforsynte brønner som skaffer tilnærmet 1 000 Mscf/D - 10 000 Mscf/D. Disse kurver viser at ved lave strømningshastigheter vil proppemiddelet i henhold til den foreliggende oppfinnelse ha en konduktivitet som overstiger tre ganger konsentrasjonen av sand ved et trykk på 4 137 N/cm 2og mer og ved høyere strømningshastigheter har proppemiddelet i henhold til oppfinnelsen en konduktivitet som overskrider den hos tre ganger konsentrasjonen av sand ved et trykk på 4 481 N/cm 2og høyere.
Eksempel 9
20-40 mesh prøver av proppemiddelet ifølge oppfinnelsen
som ble testet i eksempel 1, og Ottawa-sand ble anbragt i en testcelle ved konsentrasjoner av henholdsvis 0,49 g/cm 2 og 1,47 g/cm 2. Disse testceller ble oppsatt som ved eksempel 8. Lukkekraften ble bragt til 2 758 N/cm<2>og celletemperaturen øket til 121°C. Forhåndsvarmet nitrogen ble ført gjennom proppemiddelet som beskrevet tidligere for bestemmelse av begynnelseskonduktiviteten. Deretter ble en oppløsning av fraktureringsfluid som var tilsatt et enzymmiddel ("enzyme breaker") pumpet gjennom proppemiddelet ved en lav konstant hastighet i en periode på 4 h.
Dette stimulerte initieringen av renseprosessen. Flujld ble forhåndsvarmet til tilnærmet 121°C. Samme volum av det behandlede fluidum ble gjennompumpet for hver test. Dette ble fulgt av forhåndsoppvarmet nitrogen for fortsettelse av stimu-leringen av rengjøringsprosessen. Trykkfallet gjennom prøven ble overvåket inntil det ble konstant. På dette tidspunkt ble forskjellige strømningshastigheter av nitrogen benyttet for bestemmelse av den endelige permeabilitet. Resultatene ble som følger:
De opprinnelige konduktiviteter svarer til målinger som ble utført før pumpingen av det behandlede fraktureringsfluid.
De endelige konduktiviteter ble målt etter at restødeleggelse ved det behandlede fraktureringsfluid hadde blitt utført. Det fremgår tydelig av disse resultater at der forekom store øde-leggelser ved begge tester. Imidlertid er det interessant å notere seg at,selv om konduktiviteten hos proppemiddelet i henhold til den foreliggende oppfinnelse til å begynne med var meget mindre enn Ottawa-sanden, var de endelige konduktiviteter så å
si like. Det viser at der i virkeligheten ble utført mindre skade på proppemiddelet i henhold til oppfinnelsen enn på Ottawa-sanden.
Eksempel 10
Der ble utført en flerhet av prøver på en monofase, to-dimensjonal, "finite difference"-reservoarsimulator. Virkningene av både formasjonsegenskapene^ og bruddegenskapene ble studert. For hvert sett av formasjon- og bruddegenskaper ble der kjørt to prøveserier: en med Ottawa-sand som proppemiddel og en annen med proppemiddelet i henhold til oppfinnelsen som testet i eksempel 1. Proppemiddelet i henhold til oppfinnelsen ble brukt i et vektfor-hold 1:3 sammenlignet med Ottawa-sand. Følgende størrelser ble holdt konstant for alle simuleringer det er tale om her:
Følsomheten hva angår (1) formasjonspermeabilitet, (2) skade på proppemiddel ved fluidumrest og (3) sprekklengde fremgår av tabell 1:
Eksempel 11
Dette eksempel viser en fremgangsmåte til fremstilling av hydrauliske bruddproppemidler i henhold til den foreliggende oppfinnelse.
Utgangsmaterialet i dette eksempel er en aluminiumholdig malm fra Eufaula, Alabama, med følgende vektanalyse etter tenning ved 800°C: A120350,7%, Si0245,8%, Ti022,60%, Fe2C>3 0,71%, med rest alkali og alkali-jordmetalloksyder. En vandig disper-sjon av materialet som minert ble tilberedt under bruk av kule- mølle eller mekanisk agitasjon og tilsetting av 0,25,% "DARVAN C" eller 0,2% natriumpyrofosfat. Der ble tilsatt vann til et fast-stoff innhold på 45%. pH-verdien ble justert med NaOH til over 8 for å sikre fullstendig avflokking og lav viskositet.
0,75% "GELVATOL" 20/30 ble tilsatt som et midlertidig binde-middel.
Denne føding i en mengde på 4 000 kg/h ble ført gjennom trykkdyser i en fluidiseringssjiktenhet med et fluidiserings-areal på 3 m 2. Hastigheten på fluidiseringsluften var 1,2 m/sek, innløpstemperaturen av luften 550°C, og utløpstemperaturen på luften 70°C. Resirkulert materiale ble innført gjennom et pulver-innløp i mengder på 1 700 kg/h. Høyden av det fluidiserte partikkelskikt var ca. 35 cm. Den gjennomsnittlige oppholdstid for partiklene i det fluidiserte sjikt var ca. 15 min.
Materiale ble ført ut i mengder på 3 400 kg/h, og ble
ved siling separert i: en overstørrelsesfraksjon med en partik-kelstørrelse på ca. 2,1 mm (50 kg/h), en grovproduktfraksjon med en partikkelstørrelse på mellom 1,2 og 2,1 mm (300 kg/h), en fin-produktfraksjon med en partikkelstørrelse på mellom 0,6 og 1,2 mm (2 450 kg/h), og en understørrelsesfraksjon med en partikkel-størrelse mellom 0,6 mm (600 kg/h). I en posefilterkollektor-enhet ble der oppsamlet medfulgte partikler i størrelsesorden 300 kg/h, og disse ble resirkulert til den tank som rommet fødingen.
Den totale mengde av overstørrelsesfraksjonen sammen med 400 kg/h av finproduktfraksjonen ble malt i en måleenhet med en sikt av maskestørrelse 3 000 mikrometer, og ble sammen med understørrelsesfraksjonen ført til fluidsjiktenheten som frø-eller kjernepartikler. I en mengde på 650 kg/h ble finproduktfraksjonen resirkulert uten foregående maling.
Det gjenværende materiale fra produktfraksjonen ble ført gjennom en ovn hvor den gjenværende fuktighet og organiske til-setninger (ca. 4 vektprosent) ble fjernet. Materialet ble deretter sintret i en roterovn ved en temperatur på ca. 1500°C i ca. 10 min. De sintrede partikler ble deretter underkastet en ytterligeresikteoperasjon for å sikre at hovedsakelig hele pro-duktet hadde den passende partikkelstørrelse.

Claims (12)

1. Fremgangsmåte for hydraulisk frakturering hvor et fluid føres inn i en underjordisk formasjon for å danne en sprekk i denne,karakterisert vedat sprekken blir proppet åpen med et proppemiddel av høy styrke som omfatter faste, sfæriske partikler, idet partiklene har et aluminiumoksydinnhold på mellom 40 og 60 vektprosent, en densitet på mindre enn 3,0 g/cm 3 og en permeabilitet ved omgivende temperatur på 100 000 millidarcies eller mer ved et trykk på 6 895 N/cm<2>.
2. Proppemiddel med høy styrke til bruk i forbindelse med hydraulisk frakturering av underjordiske formasjoner,karakterisert vedat det inneholder faste sfæriske partikler, idet partiklene har et aluminiumoksyd-(A1_0^-)innhold på mellom 40 cg 60 vektprosent, en densitet pa o mindre enn 3,0 g/cm 3 og en permeabilitet ved omgivende temperatur på 100 000 millidarcies eller mer ved et trykk på 6 895 N/cm<2>.
3. Proppemiddel som angitt i krav 2,karakterisert vedat partiklene har et aluminiumoksyd- (A^O^-) innhold på mellom 45,5 og 60 vektprosent og et silisiumoksyd (SiC>2)-innhold på mellom 36,5 og 51 vektprosent .
4. Proppemiddel som angitt i krav 2,karakterisert vedat sammensetningen av partikler etter vekt omfatter: 50,7% Al^, 45,8% SiC>2, 2,60% Ti02og 0,70% Fe203, idet resten er alkali- og alkalijordme-talloksyder.
5. Proppemiddel som angitt i krav 2,karakterisert vedat partiklene er fremstilt av Eufaula-aluminiummalm.
6. Proppemiddel som angitt i krav 5,karakterisert vedat Eufaula-aluminiummalmen innbefatter over 5 vektprosent gibbsitt.
7. Proppemiddel som angitt i krav 5,karakterisert vedat Eufaula-aluminiummalmen ved tenning har et tap på mellom 4,5 og 20 vektprosent.
8. Proppemiddel som angitt i krav 5,karakterisert vedat Eufaula-aluminiummalmen har et tap ved tenning på 17,1 vektprosent.
9. Proppemiddel som angitt i krav 2,karakterisert vedat partiklene har en Krum-bein-sfærisitet på 0,9 eller mer.
10. Proppemiddel som angitt i krav 2,karakterisert vedat 90% eller mer av partiklene er av finhetsgrad 30-40 mesh.
11. Proppemiddel'som angitt i krav 2,karakterisert vedat partiklene også innbefatter en knusestyrkeforbedrer valgt fra den gruppe som består av nefelinsyenitt, varmebundet bauxittstøv, wollastonitt, feltspat og talk.
12. Proppemiddel som angitt i krav 11,karakterisert vedat knusestyrkeforbedreren er nefelinsyenitt.
NO830020A 1982-01-07 1983-01-05 Fremgangsmaate for hydraulisk frakturering samt proppemiddel til bruk ved fremgangsmaaten. NO161139C (no)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DK003682A DK155781C (da) 1982-01-07 1982-01-07 Fremgangsmaade til fremstilling af sintrede smaakugler af bauxit eller bauxitholdig bjergart, samt middel til udoevelse af fremgangsmaaden
US06/437,206 US4522731A (en) 1982-10-28 1982-10-28 Hydraulic fracturing propping agent

Publications (3)

Publication Number Publication Date
NO830020L NO830020L (no) 1983-07-08
NO161139B true NO161139B (no) 1989-03-28
NO161139C NO161139C (no) 1989-07-05

Family

ID=26063162

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
NO830020A NO161139C (no) 1982-01-07 1983-01-05 Fremgangsmaate for hydraulisk frakturering samt proppemiddel til bruk ved fremgangsmaaten.

Country Status (9)

Country Link
EP (1) EP0087852B1 (no)
AR (1) AR241543A1 (no)
AU (1) AU551409B2 (no)
BR (1) BR8300045A (no)
CA (1) CA1191020A (no)
DE (1) DE3362729D1 (no)
DK (1) DK168099B1 (no)
NO (1) NO161139C (no)
PH (1) PH18450A (no)

Families Citing this family (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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
AU547407B2 (en) * 1982-07-23 1985-10-17 Norton Co. Low density proppant for oil and gas wells
US4680230A (en) * 1984-01-18 1987-07-14 Minnesota Mining And Manufacturing Company Particulate ceramic useful as a proppant
US4944905A (en) * 1984-01-18 1990-07-31 Minnesota Mining And Manufacturing Company Particulate ceramic useful as a proppant
US4713203A (en) * 1985-05-23 1987-12-15 Comalco Aluminium Limited Bauxite proppant
US4632876A (en) * 1985-06-12 1986-12-30 Minnesota Mining And Manufacturing Company Ceramic spheroids having low density and high crush resistance
US5425994A (en) * 1992-08-04 1995-06-20 Technisand, Inc. Resin coated particulates comprissing a formaldehyde source-metal compound (FS-MC) complex
US7036591B2 (en) 2002-10-10 2006-05-02 Carbo Ceramics Inc. Low density proppant
CA2572759A1 (en) 2004-07-09 2006-01-26 Steve Canova Method for producing solid ceramic particles
CN101023243A (zh) 2004-09-14 2007-08-22 卡博陶粒有限公司 烧结球形颗粒
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
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
US7828998B2 (en) 2006-07-11 2010-11-09 Carbo Ceramics, Inc. Material having a controlled microstructure, core-shell macrostructure, and method for its fabrication
CA2661799A1 (en) 2006-08-30 2008-03-06 Carbo Ceramics Inc. Low bulk density proppant and methods for producing the same
US8562900B2 (en) 2006-09-01 2013-10-22 Imerys Method of manufacturing and using rod-shaped proppants and anti-flowback additives
WO2009009370A1 (en) 2007-07-06 2009-01-15 Carbo Ceramics Inc. Proppants for gel clean-up
CN103320115B (zh) * 2013-06-24 2016-06-01 昆明冶金研究院 一种由高铝粉煤灰制备石油压裂支撑剂的方法

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3437148A (en) * 1967-01-06 1969-04-08 Union Carbide Corp Method and article for increasing the permeability of earth formations
US3976138A (en) * 1974-08-01 1976-08-24 Union Carbide Corporation Method of increasing permeability in subsurface earth formation
CA1045027A (en) * 1975-09-26 1978-12-26 Walter A. Hedden Hydraulic fracturing method using sintered bauxite propping agent
AU521930B2 (en) * 1978-06-12 1982-05-06 Norton Co. Proppants

Also Published As

Publication number Publication date
NO830020L (no) 1983-07-08
NO161139C (no) 1989-07-05
BR8300045A (pt) 1983-09-13
DE3362729D1 (en) 1986-05-07
AU1001483A (en) 1983-07-14
CA1191020A (en) 1985-07-30
DK168099C (da) 1994-02-07
DK5383D0 (da) 1983-01-07
DK168099B1 (da) 1994-02-07
AR241543A1 (es) 1992-08-31
PH18450A (en) 1985-07-08
DK5383A (da) 1983-07-08
EP0087852A1 (en) 1983-09-07
EP0087852B1 (en) 1986-04-02
AU551409B2 (en) 1986-05-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5120455A (en) Hydraulic fracturing propping agent
US4522731A (en) Hydraulic fracturing propping agent
NO161139B (no) Fremgangsmaate for hydraulisk frakturering samt proppemiddel til bruk ved fremgangsmaaten.
US5030603A (en) Lightweight oil and gas well proppants
US4921821A (en) Lightweight oil and gas well proppants and methods for making and using same
US4921820A (en) Lightweight proppant for oil and gas wells and methods for making and using same
US6780804B2 (en) Extended particle size distribution ceramic fracturing proppant
US4977116A (en) Method for making lightweight proppant for oil and gas wells
CA1045027A (en) Hydraulic fracturing method using sintered bauxite propping agent
US4427068A (en) Sintered spherical pellets containing clay as a major component useful for gas and oil well proppants
USRE34371E (en) Lightweight proppant for oil and gas wells and methods for making and using same
MXPA05011664A (es) Agente de sosten para fracturacion hidraulica de pozos de petroleo y gas y proceso para disminuir o eliminar el efecto de reflujo en pozos de petroleo y gas.
US20070114029A1 (en) Hydraulic fracturing proppants and methods of use
US9771513B2 (en) Proppants and anti-flowback additives including kaolin clay
US20150184064A1 (en) Proppants and Anti-Flowback Additives Comprising Flash Calcined Clay, Methods of Manufacture, and Methods of Use
WO2015047116A1 (en) Ceramic proppants of medium strength and a method for manufacturing thereof
US20180305610A1 (en) Method for preparing bauxite and/or kaolin for use in ceramic proppants
RU2518692C2 (ru) Способ сушки борсодержащих минералов
EP0355505A1 (en) Low density proppants and methods for making and using same
US20180030337A1 (en) Low density ceramic proppant and method for production thereof
Cheatham Jr The effect of pressure, temperature, and loading rate on the mechanical properties of rocks
Laspe et al. A mathematical analysis of oil and gas well stimulation by explosive fracturing
WO2017074432A1 (en) Proppant aggregate particulates for use in subterranean formation operations
AU637575B2 (en) Lightweight proppant for oil and gas wells and methods for making and using same
US20160236203A1 (en) Refining of sand to remove impurities

Legal Events

Date Code Title Description
MK1K Patent expired

Free format text: EXPIRED IN JANUARY 2003