Płyny do hydraulicznego szczelinowania oparte na nowych dodatkach chemicznych

• Autorzy: Czupski Marek

Identyfikatory

DOI

10.18668/NG.2019.01.06

Warianty tytułu

EN

Hydraulic fracturing fluids based on new chemical additives

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Potrzeba wykonania prac opisanych w publikacji wynikała z obowiązującego rozporządzenia Parlamentu Europejskiego i Rady (WE) nr 1907/2006 REACH, regulującego kwestie stosowania chemikaliów poprzez ich rejestrację i ocenę oraz, w niektórych przypadkach, udzielanie zezwoleń i wprowadzanie ograniczeń obrotu. Spowodowało ono radykalną zmianę na rynku dostępnych środków, które mogą być użyte jako składniki płynów do hydraulicznego szczelinowania. Część firm, nie chcąc ponosić kosztów związanych z procedurą rejestracji chemikaliów w systemie, wycofała je z rynku europejskiego, z kolei w zamian za nie pojawiły się nowe produkty, bardziej przyjazne dla środowiska naturalnego. Środki chemiczne, które poddano badaniom w ramach niniejszej pracy, są zarejestrowane przez Europejską Agencję Chemikaliów, a więc mogą być wykorzystane do wykonywania zabiegów hydraulicznego szczelinowania na terenie Polski i Unii Europejskiej. Testy te obejmowały: laboratoryjne badania środków powierzchniowo czynnych wykonane za pomocą goniometru (napięcie powierzchniowe i kąt zwilżania) oraz badania środków do stabilizacji minerałów ilastych (testy czasu nasiąkliwości kapilarnej (CST) i pęcznienia próbki piaskowca kwarcowego). Dokonano analizy oddziaływania zmierzonych wartości napięcia powierzchniowego i kąta zwilżania na wielkość ciśnienia kapilarnego, które ma bezpośredni wpływ na odbiór cieczy po wykonanym zabiegu. Na tej podstawie w skład nowo opracowanych płynów szczelinujących włączono mikroemulsję w koncentracji 2 l/m3 . Natomiast pomiary czasu kapilarnej nasiąkliwości i badania pęcznienia wykazały, że spośród testowanych środków jedynie 2-proc. roztwór KCl efektywnie zmniejszał wartość pęcznienia próbki skały piaskowcowej. Kolejny etap badań miał na celu opracowanie składu płynów szczelinujących na podstawie m.in. testów kompatybilności oraz pomiarów właściwości reologicznych. Część eksperymentalną pracy zakończono przygotowaniem profili łamania lepkości opracowanych płynów szczelinujących w 4 temperaturach w zależności od zastosowanych koncentracji łamaczy utleniających. Wyniki badań po ewentualnych modyfikacjach mogą być wykorzystywane do projektowania zabiegów hydraulicznego szczelinowania w krajowym przemyśle naftowym.

EN

The need to carry out the work described in the paper as a result of the implementation of the current European Parliament and Council Regulation (EC) No. 1907/2006 REACH concerning the use of chemicals, through their registration and evaluation and, in some cases, authorization and restriction on the marketing. It has caused a radical change of available agents in the market, that can be used as components of hydraulic fracturing fluids. Some companies which did not want to bear the costs of the procedure of registering chemicals in the system, withdrew them from the European market, in return for these chemical additives, new more environmentally friendly products have shown up. Chemicals that have been tested as part of this work are registered by the European Chemicals Agency so they can be used to perform hydraulic fracturing treatments in Poland and the European Union. These tests included: laboratory tests of surface active agents performed with a goniometer (surface tension and contact angle) and tests of clay control additives (capillary suction time measurements (CST) and swelling of a quartz sandstone sample). The impact of measured values of surface tension and contact angle on the capillary pressure was analyzed, which has a direct influence on the liquid flowback after the treatment. On this basis, the microemulsion at a concentration of 2 l/m3 was included in newly developed fracturing fluids. However, measurements of capillary suction time and swelling tests showed that only 2% KCl solution effectively reduced the swelling value of the sandstone sample. The next stage of the research was the development of fracturing fluid compositions based on, among others compatibility tests and measurements of rheological properties. The experimental part of the work was completed with the preparation of breaking profiles of developed fracturing fluids at 4 temperatures depending on the concentrations of oxidative breakers. The results of studies after possible modifications can be used to design hydraulic fracturing treatments in the domestic oil industry.

Słowa kluczowe

PL

płyn szczelinujący; pomiary właściwości reologicznych; badania środków powierzchniowo czynnych; testy stabilizatorów minerałów ilastych

EN

fracturing fluid; measurements of rheological properties; tests of surface active agents; tests of clay control additives

• Wydawca: Instytut Nafty i Gazu - Państwowy Instytut Badawczy
• Czasopismo: Nafta-Gaz
• Rocznik: 2019
• Tom: R. 75, nr 1
• Strony: 38--47
• Opis fizyczny: Bibliogr. 24 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Czupski Marek

• Instytut Nafty i Gazu – Państwowy Instytut Badawczy

Bibliografia

• Literatura
• Agee D.M., Wirajati A.Y., Schafer L., Grant G., Garnier A., Thouvenin E., Wijanarko A., 2010. Post-fracturing fluid recovery enhancement with microemulsion. SPE-128098-MS. DOI: 10.2118/128098-MS.
• Beckwith R., 2012. Depending on guar for shale oil and gas development. Journal of Petroleum Technology, 64 (12): 44–55.
• Bostrom N., Chertov M., Pagels M., Willberg D., Chertova A., Davis M., Zagorski W., 2014. The time-dependent permeability damage caused by fracture fluid. SPE-168140-MS. DOI: 10.2118/168140-MS.
• Chetan P., Songire S., 2015. A sulfur-free and biodegradable gel stabilizer for high temperature fracturing applications. SPE-175786-MS. DOI10.2118/175786-MS.
• Chopade P., Fontenelle L., Reddy B.R., Coria B., 2015. Novel stabilized enzyme breaker for fracturing applications. SPE-173583-MS. DOI:10.2118/173583-MS.
• Dutta R., Lee C.H., Odumabo S., Ye P., Walker S.C., Karpyn Z.T., Ayala L.F., 2014. Experimental investigation of fracturing-fluid migrationcaused by spontaneous imbibition in fractured low-permeability sands. SPE-154939-PA. DOI: 10.2118/154939-PA.
• Economides M.J., Nolte K.G., 2000. Reservoir Stimulation (3rd ed.). Wiley. ISBN: 0471491926.
• El-Monier T.A., Nasr-El-Din H.A., 2010. A new environmentally friendly clay stabilizer. SPE-136061-MS. DOI: 10.2118/136061-MS.
• Klaja J., Gąsior I., 2010. Ilościowa ocena przestrzeni porowej zajętej wodą związaną w iłach, z wykorzystaniem metody magnetycznego rezonansu jądrowego. Nafta-Gaz, 3: 178–188.
• Krajowe Centrum Informacyjne REACH, 2018. <https://reach.gov.pl/reach/pl/akty-prawne/> (dostęp: 6.08.2018).
• Legemah M., Guerin M., Sun H., Qu Q., 2014. Novel high efficiency boron crosslinkers for low-polymer-loading fracturing fluids. SPE-164118-PA. DOI: 10.2118/164118-PA.
• Maley D., Farion G., Giurea-Bica G., O’Neill B., 2013. Non-polymeric permanent clay stabilizer for shale completions. SPE-165168-MS. DOI:10.2118/165168-MS.
• Montgomery C., 2013a. Fracturing fluids. ISRM-ICHF-2013-035. DOI: 10.5772/56192.
• Montgomery C., 2013b. Fracturing fluid components. ISRM-ICHF-2013-034. DOI: 10.5772/56422.
• Penny G.S., Pursley J.T., Clawson T.D., 2006. Field study of completion fluids to enhance gas production in the Barnett Shale. SPE-100434-MS.DOI: 10.2118/100434-MS.
• Rostami A., Nasr-El-Din H.A., 2014. Microemulsion vs. surfactant assisted gas recovery in low permeability formations with water blockage.SPE-169582-MS. DOI: 10.2118/169582-MS.
• Sarwar M.U., Cawiezel K.E., Nasr-El-Din H.A., 2011. Gel degradation studies of oxidative and enzyme breakers to optimize breaker type and concentration for effective break profiles at low and medium temperature ranges. SPE-140520-MS. DOI: 10.2118/140520-MS.
• Schnoor E., Maxey J., Russell A., 2016. How Low Can You Go? Quality Vs. Cost in Guar-Borate Fracturing Fluids. URTEC-2433971-MS. DOI:10.15530/URTEC-2016-2433971.
• Smith M.B., Montgomery C.T., 2015. Hydraulic fracturing. Boca Raton: CRC Press Taylor & Francis Group. ISBN: 9781466566859.
• Watson W.P., Aften C.W., Previs D.J., 2010. Delayed-release coatings for oxidative breakers. SPE-127895-MS. DOI: 10.2118/127895-MS.
• Wilk K., Kasza P., Czupski M., 2016. Dobór dodatków do energetyzowanych płynów szczelinujących. Nafta-Gaz, 12: 39–47. DOI:10.18668/NG.2016.12.12.
• Williams N.J., Kelly P.A., Berard K.G., Dore E., Emery N.L., Williams C.F., Mukhopadhyay S., 2012. Fracturing fluid with low-polymer loading using a new set of boron crosslinkers: laboratory and field studies. SPE-151715-MS. DOI: 10.2118/151715-MS.
• Yue Z., Peng Y., He K., Xu L., 2016. Multifunctional Fracturing Additives as Flowback Aids. SPE-181383-MS. DOI: 10.2118/181383-MS.
• Akty prawne i normatywne
• ISO 13503-1:2011 Petroleum and natural gas industries – Completion fluids and materials – Part 1: Measurement of viscous properties of completion fluids, second edition.

Uwagi

PL

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