Περιεχόμενο
- Μια ανθεκτική στην θραύση άμμο για πετρελαιοπηγές και πετρελαιοπηγές
- Πώς χρησιμοποιείται το Frac Sand;
- Frac Sand ως "Proppant"
- Τι τύπος άμμου;
- Εργοστάσια επεξεργασίας άμμου Frac
- Πού παράγεται και χρησιμοποιείται το Frac Sand;
- Πηγές και τιμές άμμου Frac
- Συμπυκνωμένα βωξίτη προπλάσματα
Frac άμμος: Κοντινή όψη της άμμου Frac (στα δεξιά) και μια τυπική άμμο με παρόμοιο μέγεθος κόκκων (στα αριστερά). Παρατηρήστε πως η άμμος Frac έχει πιο ομοιόμορφο μέγεθος κόκκων, ωραία στρογγυλεμένα σχήματα κόκκων και μια ομοιόμορφη σύνθεση. Είναι επίσης ένα πολύ σκληρό υλικό που μπορεί να αντισταθεί σε συμπιεστικές δυνάμεις μέχρι και αρκετούς τόνους ανά τετραγωνική ίντσα. Οι κόκκοι σε αυτήν την εικόνα είναι περίπου 0,50 χιλιοστά σε μέγεθος.
Παραγωγή άμμου Frac: Αυτό το διάγραμμα απεικονίζει την εντυπωσιακή αύξηση της παραγωγής άμμου Frac στις Ηνωμένες Πολιτείες. Στοιχεία από τις ετήσιες εκδόσεις των Ηνωμένων Πολιτειών για τα Γεωλογικά Έργα Ορυκτών, 2005-2015.
Μια ανθεκτική στην θραύση άμμο για πετρελαιοπηγές και πετρελαιοπηγές
Η "άμμος Frac" είναι μια χαλαζιακή άμμος υψηλής καθαρότητας με πολύ ανθεκτικούς και πολύ στρογγυλεμένους κόκκους. Είναι ένα ανθεκτικό στη θραύση υλικό που παράγεται για χρήση από τη βιομηχανία πετρελαίου. Χρησιμοποιείται στη διαδικασία υδραυλικής θραύσης (γνωστή ως "fracking") για την παραγωγή πετρελαϊκών υγρών, όπως πετρελαίου, φυσικού αερίου και υγρών φυσικού αερίου από μονάδες βράχου που δεν διαθέτουν επαρκή χώρο πόρων για να ρέουν αυτά τα υγρά σε ένα πηγάδι. Η περισσότερη άμμος Frac είναι ένα φυσικό υλικό κατασκευασμένο από ψαμμίτη υψηλής καθαρότητας. Ένα εναλλακτικό προϊόν είναι κεραμικά σφαιρίδια φτιαγμένα από συντηγμένο βωξίτη ή μικρά μεταλλικά σφαιρίδια από αλουμίνιο.
Η ζήτηση για άμμο φρακ έχει εξαντληθεί τα τελευταία χρόνια καθώς χιλιάδες πετρελαιοπηγές και πηγάδια φυσικού αερίου διεγείρονται με τη διαδικασία της υδραυλικής θραύσης. (Δείτε το διάγραμμα παραγωγής.) Μια υδραυλική εργασία σχισίματος σε ένα πηγάδι μπορεί να απαιτήσει μερικές χιλιάδες τόνους άμμου. Αυτή η αύξηση των εξειδικευμένων γεωτρήσεων έχει δημιουργήσει μια βιομηχανία άμμου Frac σε δισεκατομμύρια δολάρια σε πολύ σύντομο χρονικό διάστημα. Μεταξύ του 2005 και του 2015, η ποσότητα της άμμου που χρησιμοποιείται από τη βιομηχανία πετρελαίου και φυσικού αερίου έχει αυξηθεί δραματικά.
Frac άμμο βίντεο: Βίντεο από την US Silica που παρουσιάζει τα χαρακτηριστικά μιας υψηλής ποιότητας άμμου φρακ.
Πώς χρησιμοποιείται το Frac Sand;
Ορισμένες μονάδες υπόγειων πετρωμάτων όπως ο οργανικός σχιστόλιθος περιέχουν μεγάλες ποσότητες υγρών πετρελαίου, φυσικού αερίου ή φυσικού αερίου που δεν θα ρέουν ελεύθερα σε πηγάδι. Δεν θα ρέουν σε ένα πηγάδι επειδή η μονάδα βράχου είτε στερείται διαπερατότητας (διασυνδεδεμένοι χώροι πόρων) είτε οι χώροι πόρων στο βράχο είναι τόσο μικροί ώστε αυτά τα υγρά δεν μπορούν να ρέουν μέσα από αυτά.
Η διαδικασία της υδραυλικής θραύσης επιλύει αυτό το πρόβλημα δημιουργώντας κατάγματα στο βράχο. Αυτό γίνεται με διάτρηση ενός φρέατος μέσα στο βράχο, σφράγιση του τμήματος του φρέατος στη ζώνη που φέρει πετρέλαιο και άντληση νερού υπό υψηλή πίεση σε αυτό το τμήμα του φρεατίου. Αυτό το νερό γενικά επεξεργάζεται με χημικά και παχυντές όπως το κόμμι γκουάρ για να δημιουργήσει ένα παχύρρευστο πήκτωμα. Αυτό το πήκτωμα διευκολύνει την ικανότητα των νερών να φέρουν κόκκους φρέσκιας άμμου.
Μεγάλες αντλίες στην επιφάνεια της Γης αυξάνουν την πίεση του νερού στο σφραγισμένο τμήμα του φρέατος μέχρι να είναι αρκετά υψηλή ώστε να υπερβεί το σημείο θραύσης των γύρω βράχων. Όταν φθάνουν το σημείο θραύσης τους, θραύονται ξαφνικά και το νερό ρέει γρήγορα στα κατάγματα, τα διογκώνει και τα επεκτείνει βαθύτερα μέσα στο βράχο. Δισεκατομμύρια κόκκοι άμμου μεταφέρονται βαθιά στα κατάγματα από αυτή την ξαφνική βιασύνη του νερού. Μπορούν να απαιτηθούν μερικές χιλιάδες τόννοι άμμου Frac για την τόνωση ενός μόνο πηγάδι.
Frac άμμο βίντεο: Βίντεο από την US Silica που παρουσιάζει τα χαρακτηριστικά μιας υψηλής ποιότητας άμμου φρακ.
Υδραυλική ρωγμάτωση: Απλοποιημένο διάγραμμα ενός φρεατίου φυσικού αερίου που έχει κατασκευαστεί με οριζόντια διάτρηση για να αυξηθεί το μήκος διείσδυσης μέσω του σχιστολιθικού Marcellus. Η υδραυλική θραύση τυπικά γίνεται στο οριζόντιο τμήμα του φρέατος για να διεγείρει μια ροή αερίου από το σχιστόλιθο. Αυτή η σωστή διαμόρφωση χρησιμοποιείται στα σχιστολιθικά έργα των Ηνωμένων Πολιτειών.
Frac Sand ως "Proppant"
Όταν οι αντλίες είναι απενεργοποιημένες, τα κατάγματα ξεφουσκώνουν αλλά δεν κλείνουν τελείως - επειδή είναι ανοιχτά από δισεκατομμύρια κόκκους φρέσκιας άμμου. Αυτό συμβαίνει μόνο εάν αρκετοί κόκκοι άμμου για να αντισταθούν στη δύναμη των καταγμάτων που έχουν κλείσει έχουν παραδοθεί στον βράχο.
Τα νέα θραύσματα στο βράχο, στηριζόμενα από τους ανθεκτικούς κόκκους άμμου, σχηματίζουν ένα δίκτυο πόρου που επιτρέπει στα πετρελαϊκά ρευστά να ρέουν από το βράχο και μέσα στο πηγάδι. Η άμμος Frac είναι γνωστή ως "βουλκανιστής" επειδή αγκαλιάζει τα κατάγματα.
Άλλα υλικά που έχουν χρησιμοποιηθεί ως μέσο στήριξης περιλαμβάνουν κεραμικά σφαιρίδια, χάντρες από αλουμίνιο και συντηγμένο βωξίτη. Η άμμος Frac γενικά παρέχει το υψηλότερο επίπεδο απόδοσης και σήμερα αποτελεί το προωθητικό μέσο που χρησιμοποιείται πιο συχνά από τη βιομηχανία πετρελαίου.
Ιορδανία Sandstone χάρτη: Πολλές από τις μονάδες ροκ που εξορύσσονται επί του παρόντος για την άμμο Frac είναι επίσης υδροφορείς. Αυτό κάνει τις δημοσιεύσεις έρευνας υπόγειων υδάτων, όπως η σειρά των ατλαντικών υπόγειων υδάτων της Γεωλογικής Επισκόπησης των Ηνωμένων Πολιτειών, πολύτιμα έγγραφα αναζήτησης για τον προσδιορισμό της παρουσίας, του πάχους και της δομής των μονάδων ροκ ψαμμίτη.Αυτός ο χάρτης είναι από τον Άτλαντα Υδάτινων Υδάτων των Ηνωμένων Πολιτειών για την Αϊόβα, το Μίτσιγκαν, τη Μινεσότα και το Ουισκόνσιν. Δείχνει τη γεωγραφική έκταση και το πάχος του Ιορδάνη Sandstone στη Μινεσότα και την Αϊόβα. Παρόμοιες χάρτες έχουν δημοσιευθεί σε αυτή τη σειρά για άλλες μονάδες ροκ ψαμμίτη και άλλες γεωγραφικές περιοχές.
Τι τύπος άμμου;
Τα προπλάσματα πετρελαϊκής βιομηχανίας πρέπει να πληρούν πολύ απαιτητικές προδιαγραφές. Τα χαρακτηριστικά μιας υψηλής ποιότητας άμμου φρακ περιλαμβάνουν:
- υψηλής καθαρότητας πυριτική άμμο
- μέγεθος κόκκων που ταιριάζει απόλυτα με τις απαιτήσεις εργασίας
- σφαιρικό σχήμα που του επιτρέπει να μεταφέρεται σε υδραυλικό υγρό θραύσης με ελάχιστη ανατάραξη
- ανθεκτικότητα ώστε να αντιστέκεται στις δυνάμεις σύνθλιψης των καταγμάτων
Η άμμος Frac παράγεται σε μια σειρά μεγεθών με διάμετρο μικρότερη από 0,1 χιλιοστόμετρα σε διάμετρο μεγαλύτερη από 2 χιλιοστά ανάλογα με τις προδιαγραφές του πελάτη. Το μεγαλύτερο μέρος της φρέσκιας άμμου που καταναλώνεται είναι μεταξύ 0,4 και 0,8 χιλιοστών σε μέγεθος.
Ροκ μονάδες όπως ο Άγιος Πέτρος Sandstone, η Ιορδανία Sandstone, ο Sand Creek Sandstone και ο Hickory Sandstone αποτελούν πιθανές πηγές υλικού άμμου φρακ. Αυτές οι μονάδες βράχου αποτελούνται από κόκκους χαλαζία που έχουν περάσει από πολλαπλούς κύκλους διάβρωσης και διάβρωσης. Αυτή η μακρά ιστορία έχει αφαιρέσει σχεδόν όλους τους κόκκους ορυκτών εκτός από χαλαζία και έχει παράγει σπόρους με πολύ στρογγυλά σχήματα. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο η άμμος βυθίζεται από ποτάμια, ανασκάπτεται από τις ταράτσες ή απομακρύνεται από τις παραλίες είναι απίθανο να παράγει ένα καλό προϊόν.
Όπου παράγονται αυτές οι βράχοι είναι συνήθως μαλακές, κακώς τσιμεντωμένες και μερικές φορές ελαφρώς ξεπερασμένες. Αυτό τους επιτρέπει να ανασκάπτονται και να συνθλίβονται με ελάχιστη ζημιά στους σπόρους χαλαζία. Η άμμος υψηλής καθαρότητας από περιοχές όπως οι Appalachians συχνά δεν είναι κατάλληλη για την άμμο Frac επειδή έχει υποβληθεί σε τεκτονικές δυνάμεις που παραμόρφωσαν το βράχο και εξασθένησαν τους κόκκους άμμου.
Το ορυχείο άμμου Frac στο Wisconsin: Αεροφωτογραφία μιας επιχείρησης εξόρυξης άμμου Frac στο Wisconsin. Η άμμος Frac είναι ένα εξαιρετικά εξειδικευμένο προϊόν που μπορεί να παραχθεί μόνο από μικρό αριθμό αποθέσεων άμμου.
Εγκατάσταση επεξεργασίας άμμου Frac: Αεροφωτογραφία μιας μονάδας επεξεργασίας άμμου Frac στο Wisconsin.
Εργοστάσια επεξεργασίας άμμου Frac
Η άμμος Frac δεν χρησιμοποιείται κατευθείαν από το έδαφος. Απαιτείται επεξεργασία για βελτιστοποίηση της απόδοσής της. Μετά την εξόρυξη μεταφέρεται σε μονάδα επεξεργασίας. Εκεί ξεπλένεται για να αφαιρεθούν τα λεπτά σωματίδια.
Μετά το πλύσιμο, η άμμος στοιβάζεται σε πασσάλους για να επιτρέψει στο νερό πλύσης να αποστραγγιστεί. Αυτή η λειτουργία γίνεται σε εξωτερικούς χώρους και περιορίζεται σε περιόδους του έτους όταν οι θερμοκρασίες είναι υψηλότερες από την κατάψυξη. Μετά την αποστράγγιση της άμμου, τοποθετείται σε ξηραντήρα αέρα για να αφαιρεθεί όλη η υγρασία. Οι ξηροί κόκκοι κατόπιν κοσκινίζονται για να ληφθούν ειδικά κλάσματα μεγέθους για διαφορετικούς πελάτες.
Η άμμος που δεν είναι κατάλληλη για fracking χωρίζεται και πωλείται για άλλες χρήσεις. Κάποια άμμος Frac μπορεί να είναι επικαλυμμένη με ρητίνη για να βελτιώσει την απόδοσή της στη λειτουργία fracking. Αυτό το υλικό θα πωληθεί ως προϊόν υψηλής ποιότητας. Μετά την επεξεργασία, η περισσότερη άμμος φορτώνεται απευθείας σε αμαξοστοιχίες για σιδηροδρομική μεταφορά.
Ορισμένες μονάδες επεξεργασίας βρίσκονται στο ορυχείο. Ωστόσο, τα εργοστάσια επεξεργασίας είναι πολύ δαπανηρά για την κατασκευή και μερικές φορές μοιράζονται από πολλαπλά ορυχεία. Αυτά βρίσκονται σε κεντρικό σημείο σε αρκετά ορυχεία και η άμμος παραδίδεται με φορτηγό, τρένο ή μεταφορέα.
Πού παράγεται και χρησιμοποιείται το Frac Sand;
Πριν από μερικά χρόνια οι παραγωγοί στο Ουισκόνσιν και στο Τέξας προμηθεύουν μεγάλο μέρος της άμμου που χρησιμοποιείται από τη βιομηχανία πετρελαίου και φυσικού αερίου. Ωστόσο, μια τεράστια άνοδος της ζήτησης που προκάλεσε η έκρηξη φυσικού αερίου και σχιστολιθικού πετρελαίου ώθησε πολλές εταιρείες να παράσχουν αυτό το προϊόν. Πολλές από αυτές τις εταιρείες βρίσκονται στο κεντρικό τμήμα των Ηνωμένων Πολιτειών, όπου η Αγ. Πέτρα Sandstone και παρόμοιες μονάδες ροκ βρίσκονται κοντά στην επιφάνεια και εύκολα ανασκαμμένες. Αυτές οι περιοχές είναι επίσης όπου οι τεκτονικές δυνάμεις δεν έχουν προκαλέσει σοβαρή αναδίπλωση των βράχων και εξασθένησαν τους κόκκους άμμου. Η πρωταρχική περιοχή είναι στα μεσοδυτικά κράτη (Ιλλινόις, Ιντιάνα, Αϊόβα, Κάνσας, Κεντάκι, Μινεσότα, Μίσιγκαν, Μιζούρι, Νεμπράσκα και Ουισκόνσιν).
Οι περισσότερες από τις άμμοι πυριτίας υψηλής καθαρότητας στις Ηνωμένες Πολιτείες είναι γνωστές εδώ και δεκαετίες. Έχουν χρησιμοποιηθεί για γυάλινες και μεταλλουργικές χρήσεις. Η τρέχουσα αναζήτηση για την άμμο Frac δεν αφορά την "ανακάλυψη νέων πηγών άμμου", αλλά για τον προσδιορισμό των πηγών που παράγουν ανώτερα υλικά.
Η άμμος Frac χρησιμοποιείται για την παραγωγή φυσικού αερίου, υγρών φυσικού αερίου και πετρελαίου από σχιστόλιθους και άλλους στενούς βράχους όπου απαιτείται υδραυλική θραύση. Αυτά περιλαμβάνουν: το σχιστόλιθο Marcellus, το σχιστόλιθο Utica, το σχηματισμό Bakken, το σχιστόλιθο Haynesville, το σχιστόλιθο Fayetteville, το αετό Ford Shale, το Barnett Shale και πολλά άλλα σχιστολιθικά έργα σε όλες τις Ηνωμένες Πολιτείες.
Άγιος Πέτρος Sandstone: Μια φωτογραφία του Αγίου Πέτρου Sandstone που καλύπτεται από τον Ιωακείμ Ντολομίτη που πραγματοποιήθηκε κοντά στο Ειρηνικό, Μιζούρι. Δημόσια εικόνα τομέα από Kbh3rd.
Πηγές και τιμές άμμου Frac
Η ζήτηση για άμμο Frac στη Βόρεια Αμερική έχει αυξηθεί απότομα τα τελευταία χρόνια σε ανταπόκριση των πολυάριθμων σχιστολιθικών παιχνιδιών που αναπτύσσονται σε πολλές περιοχές των Ηνωμένων Πολιτειών και του Καναδά. Η Γεωλογική Έρευνα των Ηνωμένων Πολιτειών αναφέρει την πηγή αυτής της παραγωγής:
Ο Ορδοσίτης Άγιος Πέτρος Sandstone στη Μέση Δύση είναι μια κύρια πηγή πυριτικής άμμου για πολλές τελικές χρήσεις και είναι μια σημαντική πηγή άμμου Frac επίσης. Εξόρυξη σε πέντε κράτη, η άμμος Frac από το St. Peter Sandstone βρίσκεται σε λογική απόσταση μεταφοράς από πολυάριθμους υπόγειους σχιστολιθικούς σχηματισμούς που παράγουν φυσικό αέριο.Το 2011, το 59% της άμμου Frac παρήχθη στο Midwest.
Οι αναφερόμενες μέσες τιμές για την άμμο Frac στο US Geological Survey Minerals Yearbook ήταν από 45 δολάρια ανά τόνο και 50 δολάρια ανά τόνο το 2010. Το 2011 η μέση τιμή είχε ανέλθει στα 54,83 δολάρια. Αυτό είναι σημαντικά υψηλότερο από τη μέση τιμή των 35 $ ανά τόνο για την ειδική άμμο που πωλείται εκτός της κατασκευαστικής βιομηχανίας.
Συμπυκνωμένα βωξίτη προπλάσματα
Ο βωξίτης σε σκόνη μπορεί να συντηχθεί σε μικροσκοπικά σφαιρίδια σε πολύ υψηλές θερμοκρασίες. Αυτά τα σφαιρίδια έχουν πολύ υψηλή αντοχή στη σύνθλιψη, και αυτά τα καθιστούν κατάλληλα για χρήση ως έλυτρο. Το ειδικό βάρος των σφαιριδίων και το μέγεθός τους μπορεί να ταιριάζει με το ιξώδες του υγρού υδραυλικού σπασίματος και με το μέγεθος των καταγμάτων που αναμένεται να αναπτυχθούν στο βράχο. Τα κατασκευασμένα προπλάσματα παρέχουν μια ευρεία επιλογή μεγέθους κόκκων και συγκεκριμένου βάρους σε σύγκριση με ένα φυσικό προωστικό που είναι γνωστό ως άμμος φρακ. Η άμμος Frac χρησιμοποιείται επί του παρόντος αντί για κατασκευασμένα βερνίκια επειδή έχει ένα πλεονέκτημα κόστους και μεταφοράς.