Laboratoryjne obrazowanie wielkości wgniatania ziaren podsadzki w ścianę szczeliny

• Autorzy: Masłowski Mateusz

Identyfikatory

DOI

10.18668/NG.2019.08.02

Warianty tytułu

EN

Laboratory imaging of the size of the propagation of proppant grains into the fracture wall

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Autor przedstawił laboratoryjną symulację oraz obrazowanie wielkości zjawiska wgniatania ziaren materiału podsadzkowego w ścianę szczeliny (ang. embedment). Zjawisko embedment występuje po wykonanym zabiegu hydraulicznego szczelinowania złoża (po zaciśnięciu się górotworu). W artykule przedstawiono tematykę związaną z uszkodzeniem powierzchni szczeliny spowodowanym wgniataniem ziaren materiału podsadzkowego w jej ścianę. Ma ono negatywny wpływ na przepływ węglowodorów ze skały do podsadzonej podsadzką szczeliny oraz na utrzymanie jej rozwartości po zaciśnięciu się górotworu. Opracowaną metodykę obrazowania wielkości zjawiska wgniatania podsadzki zweryfikowano testami laboratoryjnymi. Badania wykonano dla lekkiej podsadzki ceramicznej 30/50 o rozmiarze ziaren rzędu 0,600–0,300 mm oraz płynu szczelinującego na bazie naturalnego polimeru liniowego o koncentracji 3,6 kg/m3 . Technologia ta stosowana jest często do szczelinowania złóż niekonwencjonalnych typu łupkowego shale gas oraz piaskowców typu tight gas. Badania wykonano dla wstępnie nasyconej płynem szczelinującym skały pochodzącej ze złoża niekonwencjonalnego, charakteryzującej się podwyższoną zawartością minerałów ilasto-mułowcowych. Podsadzka była umieszczona pomiędzy dwoma kształtkami skalnymi, a jej koncentracja powierzchniowa wynosiła 2,44 kg/m2 . Do badań przyjęto temperaturę 70°C oraz naprężenie ściskające 48,3 MPa. Czas zadanego oddziaływania naprężenia ściskającego na warstwę podsadzki wynosił 6 godz. Wyznaczono całkowitą średnią głębokość wgnieceń podsadzki w ściany szczeliny, która wynosiła 0,1028 mm, a całkowita średnia szerokość wgnieceń ziaren podsadzki w ściany szczeliny wynosiła 0,3056 mm. Całkowite procentowe uszkodzenie powierzchni ściany szczeliny przez ziarna podsadzki było rzędu 38,7%. Wynik laboratoryjnego obrazowania wielkości wgniatania ziaren materiału podsadzkowego w ścianę szczeliny (zjawisko embedment) może stanowić wstępną ocenę efektywności podsadzenia szczeliny w zabiegach hydraulicznego szczelinowania na etapie ich projektowania.

EN

The author presented a laboratory simulation and imaging of the size of the phenomenon of embedding the grains of proppant into the fracture wall (embedment). The appearance of the embedment occurs after the hydraulic fracturing of the hydrocarbons reservoir (after closing of the rock mass). The article presents the subject matter related to the damage of the fracture wall surface caused by the embedding of grains of backfilling material into the fracture wall. It has a negative effect on the flow of hydrocarbons from the rock to the proppant-packed fracture and to maintain the width openness after the closing of the rock mass. The developed methodology for imaging the size of the embedment phenomenon was verified by laboratory tests. The tests were performed for a lightweight ceramic 30/50 with a grain size of 0.600–0.300 mm and a fracturing fluid linear polymer 30 # (guar) with a concentration of 3.6 kg/m3 . This technology is often used for fracturing unconventional shale gas deposits and tight gas sandstones. The tests were conducted for initially soaked rock coming from an unconventional deposit with fracturing fluid, characterized by an increased content of clay-mud minerals. The proppant was placed between two cylindrical rock cores. The surface concentration of the proppant was 2.44 kg/m2 . The time of exposure of proppant grains to compressive stress of a value 48.3 MPa for 6 hours at 70°C. The total average depth of embedding the proppant grains into the fracture wall was 0.1028 mm. The total average width of embedding the proppant grain into the fracture wall was 0.3056 mm. The total percentage damage of the fracture wall surface by the proppant grains was 38.7%. The result of the laboratory imaging of embedding the proppant grains into the fracture wall (phenomenal embedment) may be one of the preliminary assessments of the effectiveness of hydraulic fracturing at the design stage.

Słowa kluczowe

PL

wgniatanie podsadzki; hydrauliczne szczelinowanie; podsadzka; płyn szczelinujący; złoża niekonwencjonalne

EN

embedment; hydraulic fracturing; proppant; fracturing fluid; unconventional reservoirs

• Wydawca: Instytut Nafty i Gazu - Państwowy Instytut Badawczy
• Czasopismo: Nafta-Gaz
• Rocznik: 2019
• Tom: R. 75, nr 8
• Strony: 458--464
• Opis fizyczny: Bibliogr. 16 poz., rys., tab., wz.

Twórcy

autor

Masłowski Mateusz

• Instytut Nafty i Gazu – Państwowy Instytut Badawczy

Bibliografia

• Moska R., Kasza P., Masłowski M., 2018. Rock anisotropy and brittleness from laboratory ultrasonic measurements in the service of hydraulic fracturing. Acta Geodynamica et Geomaterialia, 1(189): 67–76. DOI: 10.13168/AGG.2018.0005.
• Kasza P., 2019. Zabiegi hydraulicznego szczelinowania złóż niekonwencjonalnych i metody ich analizy. Prace Naukowe Instytutu Nafty i Gazu – Państwowego Instytutu Badawczego, 226. DOI: 10.18668/PN2019.226.
• Alramahi B., Sundberg M.I., 2012. Proppant Embedment and Conductivity of Hydraulic Fractures in Shales. The 46th US Rock Mechanics/Geomechanics Symposium, Chicago, 24–27.06.2012, ARMA: 12–291.
• Czupski M., Kasza P., Wilk K., 2013. Płyny do szczelinowania złóż niekonwencjonalnych. Nafta-Gaz, 1: 42–50.
• Gidley J.L., Holditch S.A., Nierode D.A., Veatch R.V., 1989. Recent Advances in Hydraulic Fracturing. Society of Petroleum Engineers, Richardson, TX.
• Guo J., Liu Y., 2012. Modeling of Proppant Embedment: Elastic Deformation and Creep Deformation. Society of Petroleum Engineers. DOI:10.2118/106623-MS.
• Kasza P., 2011. Zabiegi stymulacji wydobycia w niekonwencjonalnych złożach węglowodorów. Nafta-Gaz, 10: 697–701.
• Legarth B., Huenges E., Zimmermann G., 2005. Hydraulic fracturing in a sedimentary geothermal reservoir: Results and implications. International Journal of Rock Mechanics & Mining Sciences 42: 1028–1041.
• Masłowski M., 2015. Badania zjawiska wciskania ziaren materiału podsadzkowego w ściany szczeliny po zabiegu hydraulicznego szczelinowania złóż niekonwencjonalnych. Nafta-Gaz, 7: 461–471.
• Masłowski M., Biały E., 2016. Badania zjawiska embedment w zabiegach stymulacyjnych. Nafta-Gaz, 12: 1101–1106. DOI:10.18668/NG.2016.12.13.
• Masłowski M., Kasza P., Czupski M., 2018a. Badania podatności skały złożowej typu tight gas na zjawisko embedment ograniczające efektywność zabiegu hydraulicznego szczelinowania. Nafta-Gaz, 10: 822–832. DOI: 10.18668/NG.2016.10.07.
• Masłowski M., Kasza P., Czupski M., Wilk K., 2018b. Sposób wyznaczania zmniejszenia rozwartości podsadzonej szczeliny. Urząd Patentowy RP, 10.04.2018. Patent 228609.
• Morales H., 2012. Sustaining Fracture Area and Conductivity of Gas Shale Reservoirs for Enhancing Long-Term Production and Recovery. RPSEA Unconventional Gas Conference 2012: Geology, the Environment, Hydraulic Fracturing, Canonsburg, 17–18.04.2012.
• Reinicke A., Legarth B., Zimmermann G., Huenges E., Dresenn G., 2006. Hydraulic Fracturing and Formation Damage in a Sedimentary Geothermal Reservoir. ENGINE – Enhanced Geothermal Innovative Network for Europe Workshop 3, Stimulation of reservoir and microseismicity Kartause Ittingen, Zürich, 29.06–1.07.2006, Switzerland.
• Reinicke A., Rybacki E., Stanchits S., Huenges E., Dresen G., 2010. Hydraulic fracturing stimulation techniques and formation damage mechanisms – Implications from laboratory testing of tight sandstone – proppant systems. Chemie dee Erde, 70: 107–117. DOI:10.1016/j.chemer.2010.05.016.
• Akty prawne i normatywne
• PN-EN ISO 13503-5 Przemysł naftowy i gazowniczy – Materiały i płyny do dowiercania złóż – Część 5: Procedury pomiaru długotrwałej przewodności materiałów podsadzkowych (ISO 13503-5:2006).

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2019).