Badania podatności skały złożowej typu tight gas na zjawisko embedment ograniczające efektywność zabiegu hydraulicznego szczelinowania

• Autorzy: Masłowski M. , Kasza P. , Czupski M.

Identyfikatory

DOI

10.18668/NG.2016.10.07

Warianty tytułu

EN

Studies of the susceptibility of the tight gas rock to the phenomenon of embedment, limiting the effectiveness of hydraulic fracturing

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W artykule przedstawiono zagadnienia związane z technologią hydraulicznego szczelinowania skał piaskowcowych typu zamkniętego (ang. tight gas). Zaprezentowano, jaki wpływ na efektywność zabiegu hydraulicznego szczelinowania skały złożowej ma zjawisko wgniatania ziaren podsadzki w ściany szczeliny (ang. embedment). Związane jest ono z tworzeniem się wgnieceń na powierzchni ściany szczeliny, a tym samym spadkiem rozwartości szczeliny po zabiegu szczelinowania. Opracowano metodykę badania podatności skały złożowej na zjawisko embedment ograniczające efektywne podsadzenie szczeliny oraz zweryfikowano ją badaniami laboratoryjnymi. Testy wykonano dla skały piaskowcowej typu zamkniętego tight gas, pochodzącej z polskiego złoża niekonwencjonalnego, dla suchych i nasyconych płynem szczelinującym cylindrycznych rdzeni, przy jednej wartości naprężenia ściskającego 82,7 MPa (tj. 12 000 psi), temperatury pokojowej oraz koncentracji powierzchniowej podsadzki 4,88 kg/m² (tj. 1 lb/ft²). Do podsadzenia szczeliny użyto podsadzki ceramicznej o rozmiarze ziaren 0,850÷0,425 mm. W pierwszej kolejności wyznaczono rozwartość szczeliny wypełnionej podsadzką pomiędzy dwiema cylindrycznymi kształtkami stalowymi (dla wykluczenia zjawiska embedment). Po 6 godzinach oddziaływania zadanego naprężenia ściskającego maksymalna (pierwotna) rozwartość szczeliny wyniosła 2,286 mm. Dla suchych cylindrycznych rdzeni skalnych z piaskowca tight gas uzyskano szczelinę o rozwartości 1,893 mm. Efektywne podsadzenie szczeliny proppantem wyniosło 82,8%. Natomiast dla rdzeni skalnych dodatkowo nasyconych płynem szczelinującym otrzymano rozwartość szczeliny 1,889 mm, a więc efektywność podsadzenia szczeliny osiągnęła wartość 82,6%. Zastosowana procedura badawcza może stanowić jedną z metod oceny podatności skały złożowej na zjawisko embedment ograniczające efektywne podsadzenie szczeliny materiałem podsadzkowym. Może być też przydatna do prawidłowego doboru technologii szczelinowania, płynu szczelinującego i podsadzki w zabiegach szczelinowania złóż węglowodorów.

EN

This paper presents, a study on the impact of proppant embedment into the fracture walls, on the effectiveness of hydraulic fracturing in tight formations. The methodology for the evaluation of the susceptibility of reservoir rock to the embedment phenomenon (limiting the effective propping of fractures) was developed and verified in laboratory tests. The studies were performed for tight gas sandstone representing unconventional Polish deposits, for dry and fracfluid-wet cores, at 12 000 psi compressive stress, at room temperature and 1 lb/ft² surface concentration of proppant. Ceramic proppant of grain size between 0.850÷0.425 mm was used. First, the fracture between cylindrical steel plates (no embedment assumed) was propped. After 6 hours under constant compressive stress, the maximum (original) fracture width was 2.286 mm. The fracture between dry cylindrical sandstone tight gas cores, in the same conditions was 1.893 mm wide. The effective value of propped fracture width was 82.8%. The width of the fracture in fracfluid-wet core was 1.889 mm. In this case the effective value of the propped fracture width was 82.6%. The test procedure we applied, might be used in the evaluation of the susceptibility of reservoir rock to the embedment phenomenon, as well as for the selection of fracfluid and proppant for hydrocarbon reservoirs fracturing.

Słowa kluczowe

PL

niekonwencjonalne złoża węglowodorów; hydrauliczne szczelinowanie; proppant; embedment; rozwartość szczeliny; materiał podsadzkowy; podsadzenie szczeliny efektywne

EN

unconventional reservoirs; tight gas; hydraulic fracturing; proppant; embedment; width fracture; effective propped fracture

• Wydawca: Instytut Nafty i Gazu - Państwowy Instytut Badawczy
• Czasopismo: Nafta-Gaz
• Rocznik: 2016
• Tom: R. 72, nr 10
• Strony: 822--832
• Opis fizyczny: Bibliogr. 27 poz., rys., tab., wz.

Twórcy

autor

Masłowski M.

• Zakład Stymulacji Wydobycia Węglowodorów. Instytut Nafty i Gazu - Państwowy Instytut Badawczy ul. Lubicz 25 A 31-503 Kraków

autor

Kasza P.

• Zakład Stymulacji Wydobycia Węglowodorów. Instytut Nafty i Gazu - Państwowy Instytut Badawczy ul. Lubicz 25 A 31-503 Kraków

autor

Czupski M.

• Zakład Stymulacji Wydobycia Węglowodorów. Instytut Nafty i Gazu - Państwowy Instytut Badawczy ul. Lubicz 25 A 31-503 Kraków

Bibliografia

• [1] Akrad O., Miskimins J., Prasad M.: The Effects of Fracturing Fluids Rock Mechanical Properties and Proppant Embedment. SPE 146658, 2011, s. 1-12.
• [2] Alramahi B., Sundberg M. I.: Proppant Embedment and Conductivity of Hydraulic Fractures in Shales. ARMA 2012, s. 12-291.
• [3] Czupski M., Kasza P., Wilk K.: Płyny do szczelinowania złóż niekonwencjonalnych. Nafta-Gaz 2013, nr 1, s. 42-50.
• [4] Economides M. J., Nolte K. G.: Reservoir Stimulation. Second edition. Houston, 1989.
• [5] Gidley J. L., Holditch S. A., Nierode D. A., Veatch R. V.: Recent Advances in Hydraulic Fracturing. SPE, 1989.
• [6] Guo J., Liu Y.: Modeling of Proppant Embedment: Elastic Deformation and Creep Deformation. SPE 157449, 2012, s. 1-8.
• [7] Kasza P.: Zabiegi stymulacji wydobycia w niekonwencjonalnych złożach węglowodorów. Nafta-Gaz 2011, nr 10, s. 697-701.
• [8] Kasza P. i in.: Metody stymulacji wydobycia ze złóż typu tight i shale. Dokumentacja INiG, nr zlecenia 26/KS/11, nr archiwalny: DK-4100-26/11, Kraków, październik 2011, s. 1-39.
• [9] Kasza P. i in.: Stymulacja wydobycia ze złóż niekonwencjonalnych. Dokumentacja INiG, nr zlecenia 1804/KS/12, nr archiwalny: DK-4100-115/12, Krosno, grudzień 2012, s. 1-59.
• [10] Legarth B., Huenges E., Zimmermann G.: Hydraulic fracturing in a sedimentary geothermal reservoir: Results and implications. International Journal of Rock Mechanics & Mining Sciences 2005, vol. 42, s. 1028-1041.
• [11] Masłowski M.: Badania przewodności warstwy materiału podsadzkowego dla gazu (azotu) po zabiegu hydraulicznego szczelinowania złóż niekonwencjonalnych. Nafta-Gaz 2016, nr 3, s. 177-185.
• [12] Masłowski M.: Badania zjawiska wciskania ziaren materiału podsadzkowego w ściany szczeliny po zabiegu hydraulicznego szczelinowania złóż niekonwencjonalnych. Nafta-Gaz 2015, nr 7, s. 461-471.
• [13] Masłowski M.: Materiały podsadzkowe do zabiegów hydraulicznego szczelinowania złóż niekonwencjonalnych. Nafta-Gaz 2014, nr 2, s. 75-86.
• [14] Masłowski M., Czupski M.: Podstawowe właściwości materiałów podsadzkowych stosowanych do zabiegów hydraulicznego szczelinowania złóż węglowodorów. Przegląd Górniczy 2014, nr 12, s. 44-50.
• [15] Masłowski M. i in.: Badania zjawiska wciskania ziaren materiału podsadzkowego w ściany szczeliny po zabiegu szczelinowania. Praca statutowa INiG - PIB, nr zlecenia 20//KS/14, nr archiwalny: DK-4100-20/147, Krosno, październik 2014, s. 1-78.
• [16] Masłowski M. i in.: Badanie wpływu płynów szczelinujących na uszkodzenie hydroprzewodności szczeliny wypełnionej materiałem podsadzkowym w złożach węglowodorów. Praca statutowa INiG - PIB, nr zlecenia 33/KS/15, nr archiwalny: DK-4100-33/15, Krosno, wrzesień 2015, s. 1-74.
• [17] Masłowski M. i in.: Opracowanie metodyki badania materiałów podsadzkowych do zabiegów szczelinowania złóż niekonwencjonalnych. Praca statutowa INiG, nr zlecenia 80/KS/13, nr archiwalny: DK-4100-80/13, Krosno, październik 2013, s. 1-53.
• [18] Morales H.: 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.
• [19] Reinicke A., Legarth B., Zimmermann G., Huenges E., Dresenn G.: 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,
• [20] Reinicke A., Rybacki E., Stanchits S., Huenges E., Dresen G.: Hydraulic fracturing Stimulation techniques and formation damage mechanisms - Implications from laboratory testing of tight sand-stone-proppant systems. Chemie dee Erde 70, 2010, s. 107-117.
• [21] Sato K., Ichikawa M.: Post-Frac analysis indicating multiple fractures created in a volcanic formation. SPE 39513, 1998. Proceedings SPE India Oil and Gas Conference and Exhibition, New Delhi 1998, s. 1-10.
• [22] Terracina J. M., Turner J. M., Collins D. H., Spillars S. E.: Proppant Selection and Its Effect on the Results of Fracturing Treatments Performed in Shale Formations. SPE 135502, 2010, s. 1-17.
• [23] Volk L. J., Raible C. J., Carrol H. B., Spears J. S.: Embedment of high strength proppant into low-permeability reservoir rock. SPE/DOE 9867, 1981, s. 1-15.
• Akty prawne i normatywne
• [24] International Standard ISO 13503-2:2006(E): Petroleum and natural gas industries – Completion fluids and materials - Part 2: Measurement of properties of proppants used in hydraulic fracturing and gravel-packing operations, Annex A - Formazin solution preparation. First edition, 1.11.2006, s. 1-28.
• [25] International Standard ISO 13503-2:2006/Amd.1:2009(E): Petroleum and natural gas industries – Completion fluids and materials — Part 2: Measurement of properties of proppants used in hydraulic fracturing and gravel-packing operations, AMENDMENT 1: Addition of Annex B: Proppant specification. 1.11.2009, s. 1-5.
• [26] Polska norma PN-EN ISO 13503-2: Przemysł naftowy i gazowniczy — Płyny i materiały do dowiercania złóż — Część 2: Pomiary właściwości materiałów podsadzkowych używanych podam zabiegów hydraulicznego szczelinowania oraz wykonywania obsypki żwirowej (ISO 13503-2:2006). Polski Komitet Normalizacyjny. Warszawa, styczeń 2010.
• [27] Polska norma 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). Polski Komitet Normalizacyjny, Warszawa, wrzesień 2009, s. 1-29.

Uwagi

PL

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę.