Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Laboratoryjna symulacja wgniatania ziaren podsadzki w formację złożową typu tight gas

Masłowski Mateusz

Nafta-Gaz

|

2020

|

R. 76, nr 4

261--269

PL

W artykule przedstawiono tematykę związaną z uszkodzeniem powierzchni ściany szczeliny po wykonanym zabiegu hydraulicznego szczelinowania. Spowodowane jest to wgniataniem się ziaren materiału podsadzkowego (ang. proppant) w ścianę szczeliny (ang. embedment) oraz wyciskiem materiału skalnego na powierzchni ściany szczeliny. Zjawiska te mają negatywny wpływ na przepływ węglowodorów ze skały do szczeliny oraz utrzymanie rozwartości szczeliny po zaciśnięciu się górotworu, gdy ciśnienie obniży się poniżej ciśnienia szczelinowania. Opracowaną metodykę obrazowania wielkości zjawiska wgniatania ziaren podsadzki w skałę i wycisku materiału skalnego zweryfikowano testami laboratoryjnymi. Badania wykonano na skale piaskowcowej czerwonego spągowca typu zamkniętego pochodzącej ze złoża niekonwencjonalnego. Charakteryzowała się ona zawartością kwarcu rzędu 73,3%. Badano skałę wstępnie nasyconą płynem szczelinującym (sieciowany polimer naturalny). Do wypełnienia szczeliny użyto ceramicznego proppantu ISP 20/40 o granulacji ziaren od 0,850 mm do 0,425 mm i o koncentracji powierzchniowej rzędu 4,88 kg/m2 . Symulację zjawiska wgniatania ziaren podsadzki w skałę przeprowadzono przy naprężeniu ściskającym 86,5 MPa i w temperaturze 127°C. Na podstawie wykonanego obrazowania powierzchni czołowych rdzeni (ścian szczeliny) w wymiarze 3D oraz ich analiz uzyskano całkowitą głębokość wgnieceń podsadzki w ściany szczeliny – rzędu 0,091 mm oraz całkowitą wysokość wycisku materiału skalnego – rzędu 0,077 mm. Całkowite zmniejszenie rozwartości szczeliny z podsadzką, z uwzględnieniem badanych zjawisk, było równe 0,168 mm. Uszkodzenie ściany szczeliny przez ziarna podsadzki wynosiło 31,5%. Zastosowana procedura badawcza może stanowić jedną z metod oceny podatności skały złożowej na zjawisko wgniatania ziaren proppantu w skałę oraz zjawisko wycisku materiału skalnego na powierzchni ściany szczeliny. Może być też przydatna w prawidłowym doborze technologii szczelinowania, płynu szczelinującego i podsadzki w zabiegach szczelinowania złóż węglowodorów.

EN

This paper presents the issue of damage to the fracture wall surface, after hydraulic fracturing of the hydrocarbons reservoir. It is caused by proppant embedment into the fracture wall and the impression of rock material from the fracture wall surface. These phenomena have a negative effect on the flow of hydrocarbons from the rock to the fracture and on maintaining the width of fracture after the closing of the rock mass, when the pressure drops below the fracturing pressure. The developed methodology for imagining the size of the embedment phenomenon and the rock material impression was verified by laboratory tests. The tests were performed for Rotliegend sandstone (tight gas formation) from Polish unconventional reservoirs. It was characterized by a quartz content of 73.3%. The tests were conducted for an initially soaked rock (crosslinked natural polymer). The fracture was packed with proppant ceramics ISP 20/40 with grain size from 0.850 mm to 0.425 mm and the surface concentration of the proppant was 4.88 kg/m2 . The laboratory simulation of the embedment phenomenon was performed for compressive stress of 86.5 MPa for 6 hours at 127°C. Based on the imagining of the core faces (fracture walls) in 3D and their analyses, the total average depth of proppant embedment into the fracture walls was 0.091 mm and the total average height of the rock material squeezed out was 0.077 mm. The total decrease of the fracture width packed with proppant grains was 0.168 mm. The average damage of the fracture surface by the proppant grains was 31.5%. The test procedure applied might be used in the evaluation of the susceptibility of reservoir rock to the embedment phenomenon and the rock material squeezed out, as well as for the selection of frac fluid and proppant for fracturing of hydrocarbon reservoirs.

2

Laboratoryjne obrazowanie wielkości wgniatania ziaren podsadzki w ścianę szczeliny

Masłowski Mateusz

Nafta-Gaz

|

2019

|

R. 75, nr 8

458--464

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.

3

Simulation of Fracture Conductivity Changes Due to Proppant Composition and Stress Cycles

Knez Dariusz, Mazur Sylwia

Inżynieria Mineralna

|

2019

|

R. 21, nr 1/2

231--234

EN

Properties of proppant affect hydraulic fracturing design results. The one of the most important goals of stimulation is to obtain fracture with high and viable conductivity. Bulk density and the grains size are factors that the most influence fracture conductivity. Regarding proppant, the common point of view is, that only mesh size and type of proppant (bulk density, crush rate) have influence on hydraulic fracturing efficiency. Paper presents computer simulation results of conductivity reduction caused by stress changes. Calculations were done for the same proppant type and size but with different grain compositions. It shows influence of average diameter of proppant grains and bulk density variation on fracture conductivity. It was found that the most important factor is number of stress cycles. Higher stress cycle number results in significant fracture conductivity reduction.

PL

Rezultaty projektowania zabiegu szczelinowania hydraulicznego są uzależnione od właściwości propantu. Jednym z najważniejszych celów stymulacji jest uzyskanie szczeliny o możliwie wysokiej przewodności. Czynnikami, które mają największy wpływ na przewodność są: rozmiar ziaren propantu i jego gęstość objętościowa. Czym większa gęstość objętościowa tym niższą przewodność szczeliny można uzyskać. Natomiast większe ziarna pozwalają na uzyskanie wyższej porowatości i lepszej przewodności. W artykule przedstawiono wyniki symulacji komputerowej pokazujące wpływ zmian naprężenia na obniżenie przewodności. Obliczenia przeprowadzono dla tego samego typu i rozmiaru propantu ale o zmiennym uziarnieniu. Wykazano wpływ gęstości objętościowej i średniej średnicy ziarna propantu na przewodność szczeliny. Stwierdzono, że najważniejszym czynnikiem jest liczba cykli zmian naprężenia. Wzrost liczby cykli powoduje znaczne obniżenie przewodności szczeliny.

4

Analiza numeryczna wgłębiania kulek stalowych w skałę

Kwietniewski M.

Modelowanie Inżynierskie

|

2018

|

T. 35, nr 66

41--45

PL

Poprawa efektywności wydobycia gazu z łupków jest dużym wyzwaniem dla naukowców oraz korporacji z branży wiertniczej. Wydobycie jest możliwe dzięki zastosowaniu proppantu, który ma za zadanie zapobiegać zamykaniu się szczelin wytworzonych w procesie szczelinowania. Utrzymanie szczeliny w stanie otwarcia wpływa korzystnie na zdolności przepływu zarówno czynnika szczelinującego, jak i gazu ziemnego uwolnionego ze skały. Proppant stanowią ziarna o kształcie zbliżonym do sferycznego. Najczęściej stosowane są odpowiednio wyselekcjonowane ziarna pasku kwarcowego. Analiza MES zamieszczona w pracy ujawnia mechanizm wgniatania kulek stalowych symulujących proppant w płaską powierzchnię skały. Celem niniejszej pracy jest obserwacja wielkości wgłębienia kulek w skałę łupkową oraz rozkład pola naprężeń w skale. Na podstawie przeprowadzonej analizy można stwierdzić zniszczenie skały przy wgłębieniu 0,01mm.

EN

Improving the efficiency of the extraction of shale gas is a big challenge for researchers and corporations which represent drilling industry. The production is possible by using a proppant that is designed to prevent closing of the fractures which are generated in the fracturing process. Keeping the fracture open has a positive influence on the flow capacity of the fracturing medium and the natural gas released from the rock. Proppant grains have spherical shape and usually are made of quartz sand. FEM analysis conducted in this work simulates the mechanism of embedment of steel spheres which was simulated proppant grains. The aim of this study was to observe the deformation and stress distribution in the shale rocks, which are embed by steel spheres. The analysis show that it is possible to determine the destruction of the rock at the 0.01 mm embedment.

5

Looking for a new source of natural proppants in Poland

Knez D., Calicki A.

Bulletin of the Polish Academy of Sciences. Technical Sciences

|

2018

|

Vol. 66, nr 1

3--8

EN

The importance of proppants is significant, because their properties affect hydraulic fracturing treatment effectiveness. Quartz sands are often used as propping agents. Due to their good properties and low price, they are still more likely to be used than, for example, modern ceramic proppants. Procedures of determination of each parameter are specified in ISO 13503‒2:2010, and according to them, quartz sands from 4 Polish deposits, located in different areas of the country were tested. All results were compared with parameters of the Belgian sand (model sand), which is usually used during fracturing treatments in our region. The most important factor, which determines whether a kind of sand is useful as a hydraulic fracturing proppant, is its crush resistance. The tested sands are mostly low class because of their limited strength. There is only one type of sand from Bukowno deposit which has similar crush rate, sphericity, roundness and bulk density to the accepted model. Acid solubility and turbidity is higher than exemplary, but in acceptable range. Bukowno deposit could be a likely resource of proppants for domestic petroleum industry.

6

FEM analysis of proppant sticking in rock cracks

Kwietniewski M., Miedzińska D., Niezgoda T.

Archives of Civil Engineering

|

2018

|

Vol. 64, nr 2

55--65

EN

The problem of effective gas extraction from Polish shale rocks is an interesting research subject for scientists. A properly selected proppant, which protects cracks from closing during the fracturing process, inestimably contributes to an increase of extraction. Grains of proppant are transported along with a fracturing medium to reach the deepest regions of the crack. The proper support of the crack provides an easy flow of gas, therefore it is important in terms of extraction efficiency. This paper shows the interactions of a proppant grain with the crack surface in shale rock. FEM analysis was conducted to observe the stress region, which is generated as a result of pressing the grain into the crack surface. A model of a sphere which was pressed into the rock model with constant velocity was applied. The received results of stress depend on material properties and a range of proppant grain pressing.

PL

Terytorium Polski od kilku lat jest obiektem wzmożonych badań mających na celu opracowanie opłacalnej technologii wydobycia gazu z łupków. Polskie skały łupkowe różnią się pod względem fizycznym i chemicznym od tych występujących w Ameryce Północnej, są rozlokowane również na innej głębokości. Inna budowa skały stawia zatem nowe wyzwania dla wiertnictwa otworowego. Procesy szczelinowania zachodzą w nieco inny sposób, zatem konieczne jest opracowanie nowej technologii wydobycia. Jednym z ważniejszych aspektów tych badań jest dokładna analiza zachowania się skały obciążonej ciśnieniem szczelinowania. Do rozważenia jest tu mechanizm powstawania i propagacji pęknięcia oraz optymalny sposób podparcia szczeliny po zabiegu szczelinowania. Tę funkcję mają pełnić proppanty, które dostają się do złoża wraz z czynnikiem szczelinującym. Ziarenka, najczęściej ceramiczne o dużej twardości mają za zadanie zaklinować się w skale, aby utworzyć maksymalne rozwarcie szczeliny. Oczywiście, przy ogromnych naprężeniach wewnętrznych górotworu nastepuje wgniatanie ziaren w powierzchnię skały, co powoduje zmniejszenie przekroju poprzecznego szczeliny, a w skrajnych przypadkach może prowadzić do całkowitego zamknięcia szczeliny. Do analizy MES opracowano model geometryczny. Przyjęto, że model skały to czwarta część walca ze szczeliną w środkowej częćci o promieniu 1 mm. Wygenerowano model skały łupkowej o promieniu 8 mm oraz długości 10 mm. Analogicznie do modelu skały, przyjęto ziarenko proppantu jako 1/4 kuli. Dyskretyzację modelu przeprowadzono w oprogramowaniu LS – PrePost za pomocą elementów ośmiowęzłowych. Utworzony model składa się z 29554 elementów oraz 60696 węzłów.

7

Express techniques for laboratory definition of reservoir permeability recovery coefficient due to the influence of fracturing fluid

Gubanov V. B., Malkin D. N., Magadova L. A.

Nafta-Gaz

|

2017

|

R. 73, nr 4

236--241

EN

An express method of fracturing fluid influence estimation on the permeability of production reservoirs is offered, by using a sandpack model heated up to reservoir temperature. A part of the model is filled with quartz sand fraction of a given permeability. The rest of the model is filled with proppant. The model is saturated with saline water and heated up to reservoir temperature. Initially, water permeability for the sand-pack model part is determined. Then, hydraulic fracturing fluid is injected in the model proppant part. During injection, recording of the filtrate volume and differential pressure changing, allows us to estimate the filterability of the fracturing fluid. After exposure time for fluid breaking, during the filtration process of saline water in the opposite direction, we can estimate destruction rate according to the obtained permeability recovery coefficient of the model part filled with sand. In this article the results of the plugging properties investigation and the impact on permeability of the porous medium before and after the gel destruction of the two fracturing fluids (cross-linked polysaccharide gel and the experimental non-guar of fracturing fluid) are shown. There are significant differences in fluid behavior during filtration through a porous medium, which depends on the mechanisms of gel systems formation. It is shown, that the recovery factor of permeability, depends on the depth of fracturing fluid penetration in a porous medium.

PL

Szybka metoda oszacowania wpływu płynu szczelinującego na przepuszczalność zbiornika produkcyjnego jest oferowana poprzez zastosowanie modelu sand-pack podgrzanego do temperatury zbiornika. Część tego modelu jest wypełniona frakcją piasku kwarcowego o określonej przepuszczalności. Reszta modelu jest wypełniona podsadzką. Model ten jest nasycony solanką i ogrzany do temperatury zbiornika. Początkowo, przepuszczalność wody części modelu sand-pack jest ustalona. Następnie, płyn do szczelinowania hydraulicznego jest wtryskiwany do części modelu podsadzki. Podczas wtrysku, zapis zmiany objętości filtratu i ciśnienia różnicowego pozwala na oszacowanie filtrowalności płynu szczelinującego. Po czasie ekspozycji na zerwania płynu w trakcie procesu filtracji słonej wody w przeciwnym kierunku, można oszacować wskaźnik zniszczenia, w zależności otrzymanego współczynnika odzysku przepuszczalności tej części modelu wypełnionej piaskiem. W artykule są pokazane wyniki badania właściwości zatykania oraz wpływu na przepuszczalność porowatego nośnika przed i po zniszczeniu żelu dwóch płynów szczelinujących (usieciowanego żelu polisacharydu i eksperymentalnego non-guar płynu szczelinującego). Istnieją znaczące różnice w zachowaniu płynu podczas filtracji przez porowaty nośnik, które zależą od mechanizmów powstawania systemów żelowych. Jak widać, współczynnik odzyskiwania przepuszczalności zależy od głębokości penetracji płynu szczelinującego w porowatym nośniku.

8

Computer simulation of the influence of proppant high diameter grains damage on hydraulic fracturing efficiency

Knez D., Ziaja J., Piwońska M.

AGH Drilling, Oil, Gas

|

2017

|

Vol. 34, no. 2

411--418

EN

Throughout the past two decades, there has been a great intensification of research on processes related to hydraulic fracturing. One of the most significant issues is the behavior of proppants under reservoir conditions. It clearly influences the oil production from the stimulated borehole. Quick loss of a fracture conductivity after hydraulic fracturing may be caused by migration of particles into the porous area of the fracture. Another effect is creation of small solid particles as a result of proppant crushing. Mineral sedimentation may occur on grains propping the fracture because of chemical reactions at the area of contact between the proppant and the mixture of reservoir water and the fracturing fluid. The effect of these reactions is changes in the porosity of the proppant package and conductivity of the fracture. The article presents results of a computer simulation of parameter changes of the proppant in reservoir conditions and their influence on oil production. One of paramount factors is proppant grains damage. As a result of a computer simulation, using Fracpro software, the level of decreased conductivity of the fracture was determined. It was also defined that the influence of this phenomenon on lower production in comparison to the situation where proppant damage is not accounted for.

9

Wstępne wyniki wytwarzania proppantów o właściwościach magnetycznych

Dziubak C., Taźbierski P., Zawadzki J., Bogacki J.

Szkło i Ceramika

|

2016

|

R. 67, nr 6

6--10

PL

Proppanty komercyjne, niezależnie od rodzaju materiałów używanych do wytwarzania, są przeznaczone do wypełniania i utrzymywania otwartych szczelin w złożach łupków gazonośnych, powstałych w trakcie szczelinowania hydraulicznego. Proppanty stabilizują złoża na dużych głębokościach (nawet 2–3 km), przy panujących tam wysokich ciśnieniach (do 75 MPa). W związku z tym do podstawowych ich właściwości należy duża wytrzymałość na ściskanie, odpowiednia wielkość, jednorodność, kulistość i gładkość ziaren oraz mały ciężar właściwy. Właściwości fizyczne proppantów zależą od parametrów technologicznych, natomiast ich wytrzymałość mechaniczna, ciężar i odporność chemiczna są związane z ilościowo-jakościowym składem surowców zastosowanych do wytwarzania. Ostatnio podejmowane są badania nad wytworzeniem proppantów tzw. „znacznikowych”, które oprócz typowych właściwości charakterystycznych dla zwykłych proppantów, posiadają dodatkowe cechy pozwalające na przykład na lepszą ocenę stopnia zasięgu szczelinowania hydraulicznego. W literaturze rozważane są między innymi proppanty z dodatkiem radioizotopów, proppanty aktywne w polu elektromagnetycznym posiadające wysokie przewodnictwo elektryczne lub odpowiednie właściwości magnetyczne. Proppanty wykazujące właściwości magnetyczne należą do potencjalnie najbardziej obiecujących rodzajów materiałów znacznikowych, jednakże nowatorski proces ich wytwarzania jest złożony, zarówno w zakresie doboru surowców, jak i parametrów poszczególnych etapów procesu. Celem prac przedstawionych w publikacji jest opracowanie warunków wytwarzania proppantów ferrytowych metodami ceramicznymi oraz określenie kryterialnych parametrów jakościowych wraz z opracowaniem metod badania.

EN

Commercial proppants, apart from types of materials used for their production, are designed to fill and maintain open fissures in shale deposits arising during hydraulic fracturing. Proppants stabilize deposits at great depths (even 2–3 km) under presence of high pressures (up to 75 MPa). Their basic properties include high resistance to compression, right size, uniformity, sphericity, smoothness of grains and adequate specific weight. While physical properties of proppants depend on technological parameters, their mechanical strength, weight and chemical resistance are related to the quantitative and qualitative composition of raw materials used for their production. Recent researches are focused on the production of marker proppants, which apart from properties typical for regular proppants, have additional properties allowing to better assess the degree of hydraulic fracturing. Moreover, proppants with an addition of radioisotopes and proppants active in the electro-magnetic field with high conductivity or adequate magnetic properties are being considered in current literature. Proppants with magnetic properties belong to the prospectively most promising types of marker proppants however innovative production process is complex both in the terms of the selection of raw materials and parameters of each process stages. The aim of the works presented in the paper is to develop the conditions for producing magnetic marker proppants by ceramic methods, moreover to determine quality criteria and testing methods.

10

Modelowanie numeryczne przepływu i transportu w szczelinie wypełnionej proppantem

Jasiński Ł., Dąbrowski M.

Prace Naukowe Instytutu Nafty i Gazu

|

2016

|

nr 209 wyd. konferencyjne

789--793

PL

Przepływ w szczelinie skalnej wypełnionej proppantem kontroluje procesy transportu, a kształt formującego się frontu przepływu może dostarczyć cennych informacji nt. powierzchni wymiany pomiędzy matrycą skalną a spękaniami. Naszym głównym celem jest zrozumienie procesów związanych z przepływem w skali pojedynczych ziaren proppantu przy użyciu symulacji numerycznych i znalezienie odpowiednich technik do przeniesienia tych modeli do skali całego zbiornika. Rozważany model szczeliny składa się z dwóch równoległych gładkich powierzchni, a przestrzeń między nimi wypełniona jest częściowo jedną warstwą proppantu. Przepływ odbywa się w reżimie niskich liczb Reynoldsa wzdłuż ścian szczeliny, a stacjonarne pole prędkości uzyskane jest przy użyciu symulacji numerycznych w trzech wymiarach i uproszczonych symulacji w numerycznych dwóch wymiarach. Poprawność obu podejść została zweryfikowana analitycznie dla jednego ziarna proppantu, jak i poprzez ich wzajemne porównanie dla bardziej skomplikowanych sytuacji. W kolejnym etapie przeprowadzono systematyczne obliczenia efektywnej przepuszczalności szczeliny w dwóch wymiarach dla różnych współczynników wypełnienia szczeliny proppantem oraz stosunków rozwartości szczeliny do średnicy ziarna proppantu (efekt wciskania ziaren proppantu w ścianę szczeliny). Ostatnim etapem było przeprowadzenie symulacji numerycznych transportu w szczelinie dla wcześniej uzyskanych pól przepływu.

EN

Flow in fracture filled in with propping agent controls transport processes, and a shape of fluid front can deliver valuable information on exchange area between matrix and fractures. Our main aim is to understand processes associated with flow in the scale of single proppant grains with the use of numerical simulations and to find optimal techniques to transfer these models to reservoir scale. Considered fracture model consists of two parallel, equidistant plane walls and the volume between them is filled by partial monolayer of proppant. Flow in low Reynold number regime is along fracture walls and a stationary velocity field is obtained by using numerical simulations in three dimensions and simplified numerical simulations in two dimensions. Validity of both approaches were verified analytically for one proppant grain and by their mutual comparison for more complicated situations. In next step, systematic permeability calculations were done for fracture in two dimensions for various packing fractions and fracture aperture to proppant diameter ratios (effect of proppant embedding in fracture wall). In the last step numerical simulation of transport in fracture were performed for earlier obtained velocity fields.

11

Badania zjawiska embedment w zabiegach stymulacyjnych

Masłowski M., Biały E.

Nafta-Gaz

|

2016

|

R. 72, nr 12

1101--1106

PL

W artykule przedstawiono tematykę związaną ze zjawiskiem embedment, czyli wgniataniem ziaren materiału podsadzkowego (ang. proppant) w skałę złożową (ścianę szczeliny). Proces ten ma negatywny wpływ na utrzymanie rozwartości podsadzonej szczeliny po zabiegu hydraulicznego szczelinowania złóż. Opracowano metodykę badania zjawiska embedment oraz zweryfikowano ją analizami laboratoryjnymi przeprowadzonymi na skale łupkowej pochodzącej z polskiego złoża. Do badań zastosowano płyn szczelinujący typu slickwater, dwa rodzaje podsadzek, małą koncentrację powierzchniową podsadzki, dwa różne naprężenia ściskające. Wyniki badań mogą służyć do wstępnej oceny efektywności podsadzenia szczeliny w zabiegach hydraulicznego szczelinowania na etapie ich projektowania.

EN

This paper presents the subject related to the phenomenon of pressing proppant grains in fracture faces (embedment). The phenomenon has a negative impact on maintaining fracture width after hydraulic treatment of reservoirs. A methodology of the studies of the embedment phenomenon was developed and verified by laboratory tests on shale rock from an unconventional Polish reservoir. The laboratory tests used fracturing fluid (slickwater), two different stresses, two different proppants and small surface concentration of proppant. The test results can be used for a preliminary assessment of the efficiency of propped fracture in the hydraulic treatments of reservoirs at the stage of their design.

12

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

Masłowski M., Kasza P., Czupski M.

Nafta-Gaz

|

2016

|

R. 72, nr 10

822--832

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.

13

Badania reologiczne mas ceramicznych służących do otrzymywania propantów

Zarzycka D., Wiśniewski P., Mizera J.

Mechanik

|

2016

|

R. 89, nr 5-6

514--515

PL

Celem badań było opracowanie mas lejnych z surowców głównie pochodzenia krajowego do otrzymania propantów ceramicznych metodą suszenia rozpyłowego. Sporządzono masy lejne z kaolinu, gliny, boksytu oraz mieszanki tych surowców z 5 i 10% wag. dodatkiem popiołu pochodzącego ze spalania węgla brunatnego. Przygotowane masy lejne poddawano badaniom reologicznym. Zastosowano cztery deflokulanty, które wprowadzono w ilości 0,25% wag. w stosunku do fazy stałej.

EN

The aim of the research was to develop mixtures from domestic raw materials which are used for ceramic proppants generation by the method of spray drying The subject of the study were slurries prepared with kaolin, clay, bauxite and mixtures of these materials with 5 and 10% wt. addition of ash from the combustion of brown coal. Prepared slurries were tested for their rheology. Deflocculants were four organic compounds in amount of 0.25% by weight relative to the solid phase.

14

Wpływ deflokulantów na właściwości mas lejnych do otrzymywania proppantów ceramicznych

Zarzycka D., Wiśniewski P., Szymańska J., Mizera J.

Materiały Ceramiczne

|

2016

|

T. 68, nr 1

56--60

PL

Celem niniejszej pracy było zbadanie właściwości mieszanek służących do otrzymywania materiałów mogących znaleźć zastosowanie jako proppanty w procesie hydraulicznego szczelinowania złoża przy wydobyciu gazu łupkowego. Zbadano masy lejne o jednakowej ilości fazy stałej - 50% wag. w mieszaninie wodnej - i o jednakowym składzie fazy stałej, zawierającej kaolin, gliny oraz boksyt. Przy sporządzaniu mas zastosowano 3 rodzaje różnych deflokulantów w ilości 0,25% wag. w stosunku do fazy stałej. W badaniach określono skład jakościowy surowców użytych do sporządzenia mas lejnych, wykorzystując metody XRD i XRF, oraz wyznaczono skład granulometryczny. Następnie wykonano pomiary lepkości dynamicznej mas przy użyciu reometru z układem cylindrów współosiowych, lepkości względnej metodą kubka wypływowego oraz gęstości mas i ich pH. W wyniku przeprowadzonych badań określono wpływ dodatku upłynniaczy na właściwości mas lejnych. Stwierdzono, że rodzaj zastosowanego deflokulantu ma istotny wpływ na własności otrzymywanych mas lejnych, które mogą być użyteczne w procesie formowania proppantów.

EN

The purpose of this study was to investigate the rheological properties of ceramic slurries assigned for the preparation of ceramic proppants used in the process of hydraulic fracturing in shale gas extraction deposits. The slurries contained 50 wt% of solid phase (kaolin, clay, bauxite or a mixture of them) in water. Three kinds of different deflocculants: ammonium poly(acrylate), isodecyl benzoate, sodium poly(acrylate) were used in an amount of 0.25 wt% in relation to the solid phase. The study identified by XRD and XRF the qualitative composition of the raw materials used to produce the slurries, and the size distribution was determined by using a particle size analyzer. Standard industrial parameters of slurries were examined, comprising dynamic viscosity, kinematic viscosity, density and pH. The studies indicated the effect of deflocculants on the properties of slurries. It has been found that the nature of the deflocculant has a significant impact on the properties of the obtained slurries which may be useful in the formation of ceramic proppants.

15

Overview of issues related to mixing CO2 and proppant in the method of gas extraction from shale rocks

Niezgoda T., Miedzińska D., Stanisławek S., Kwietniewski M.

AGH Drilling, Oil, Gas

|

2016

|

Vol. 33, no. 2

307--313

EN

To increase the efficiency of fracturing process, proppant materials are added to fracking fluid. This admixture allows to keep developed fracks, that tend to lock, opened. The aim of this overview is to present methods of carbon dioxide and proppant mixing. The most often applied methods are as follows: special medium admixing, direct proppant with CO2 mixing. Liquid CO2 and proppant blenders are currently commercially used, but are not very popular.

16

Badania nad technologią wytwarzania materiałów podsadzkowych (propantów) stosowanych przy wydobyciu gazu łupkowego. Cz.3 – Otrzymywanie propantów poprzez suszenie zawiesiny w suszarni rozpyłowej

Jakubiuk T., Łosiewicz A., Taźbierski P.

Prace Instytutu Ceramiki i Materiałów Budowlanych

|

2015

|

R. 8, nr 23

39--48

PL

Do prób otrzymywania materiału podsadzkowego poprzez suszenie zawiesiny wodnej ujednorodnionych surowców mineralnych wykorzystano suszarnię rozpyłową D 20. Skład surowcowy zawiesiny ustalono po przeprowadzeniu badań właściwości fizykochemicznych wypalonych zestawów surowcowych wykonanych w skali mikro. Badano temperaturę spiekania, gęstość, porowatość, wytrzymałość mechaniczną i odporność chemiczną. Do sporządzenia zestawów jako surowiec podstawowy wykorzystano odpady powstające w elektrociepłowniach warszawskich, które domieszkowano glinami „Janina” i „Zapniów”. Badania poszczególnych właściwości prowadzono na beleczkach prasowanych pod niskim ciśnieniem w laboratoryjnej prasie hydraulicznej i wypalanych w piecu elektrycznym. Do prasowania próbek badawczych wykorzystywano granulat otrzymywany ręcznie poprzez posługiwanie się sitem. W oparciu o recepturę zestawu, który charakteryzował się niską temperaturą spiekania, dużą wytrzymałością i odpornością chemiczną, sporządzono zawiesinę do suszenia rozpyłowego. Podczas suszenia tak dobierano reologię zawiesiny i parametry suszenia, aby otrzymać maksymalną ilość granulatu w przedziale 0,2–0,7 mm. Otrzymany granulat wypalono w piecu rurowym w ustalonej wcześniej temperaturze spiekania i przekazano do Instytutu Nafty i Gazu w celu zbadania przydatności do wykorzystania go jako materiał podsadzkowy.

EN

The proppants were prepared by drying aqueous suspension of homogenous mineral material in spray dryer-D 20. The composition of raw materials was determined by conducting physicochemical test of fired specimen in a laboratory scale. Sintering temperature, density, porosity, mechanical strength and chemical resistance were investigated. Waste from Warsaw Power Plants with addition of „Janina” and „Zapniów” clays were used for preparation of specimen sets. Individual properties were determined on specimens pressed at law pressure in a laboratory hydraulic press and fired in an electric furnace. Test specimens were prepared from granulate sieved manually and pressed. Based on row materials composition, which showed low sintering temperature, high strength and high chemical resistance, a suspension for spray drying was prepared. During the drying process, both the rheology of the suspension and drying parameters, were being chosen so as to obtain the maximum amount of granulate in the range of 0,2–0,7 mm grain size. The final granulate was fired in a tube furnace at a predetermined sintering temperature and delivered to the Institute of Oil and Gas in order to investigate the suitability for use as a proppants.

17

Badania nad technologią wytwarzania materiałów podsadzkowych (propantów) stosowanych przy wydobyciu gazu łupkowego. Cz.1 – Metoda topienie – rozdmuchiwanie

Witek J., Lipowska B.

Prace Instytutu Ceramiki i Materiałów Budowlanych

|

2015

|

R. 8, nr 21

67--75

PL

Przeprowadzono próby topienia i rozdmuchiwania technicznego Al2O3, złomu wyrobów boksytowych, złomu wyrobów korundowo-cyrkonowych, andaluzytu oraz mieszaniny technicznego Al2O3 (72% mas.) i piasku kwarcytowego (28% mas.). Próby topienia prowadzono w piecu łukowo-oporowym. Po stopieniu, wypływającą z pieca strugę stopu rozdmuchiwano sprężonym powietrzem o ciśnieniu 5 atmosfer. Uzyskano regularne kuliste cząstki, których średnice, w zdecydowanej większości, zawierały się w granicach 0,1–1,0 mm. Badania przeprowadzone zgodnie z normą International Standard ISO 13503-2: 2006(E) wykazały, że wszystkie uzyskane granulaty spełniają kryteria określone dla propantów ceramicznych i mogą być stosowane w procesach szczelinowania hydraulicznego.

EN

Trials of melting and blowing of Al2O3, scrapped bauxite products, scrapped corundum-zirconium products, andalusite and a mixture of technical Al2O3 (72% by mass) and quartzite sand (28% by mass) have been conducted. The melting trials were carried out in an electric-arc resistance furnace. After melting, the stream flowing out of the furnace was blown with compressed having the pressure of 5atm pressure. Regular spherical particles, the diameters of which ranged mostly between 0,1–1,0 mm, were obtained. The investigations conducted in accordance with International Standard ISO 13503-2: 2006(E) revealed that all the obtained granulated products fulfil the criteria specified for ceramic proppants and can be used in hydraulic fracturing processes.

18

Kryteria doboru surowców dla procesu wytwarzania proppantów

Dziubak C., Rybicka-Łada J., Taźbierski P.

Materiały Ceramiczne

|

2015

|

T. 67, nr 4

426--429

PL

Podczas wydobywania gazu z łupków stosowany jest zabieg szczelinowania hydraulicznego w celu wytworzenia, utrzymania lub powiększenia szczelin w skałach. Przeprowadza się go przy pomocy płynu szczelinującego, zawierającego materiał podsadzkowy zwany proppantem. Proppant jest to kruszywo naturalne lub sztuczne, które ze względu na funkcję jaką pełni, posiada określone właściwości. Do najważniejszych zalicza się postać regularnych kulek o średnicy 0,3-0,7 mm i relatywnie małej gęstości pozornej oraz wytrzymałość mechaniczną na ściskanie. Ze względu na skalę zapotrzebowania istotną cechą proppantów jest ich niska cena. Warunkiem spełnienia specyficznych wymagań stawianych proppantom jest odpowiedni dobór surowców uwzględniający ich skład chemiczny, cenę oraz niskoenergetyczny i wysokowydajny proces wytwarzania. To uzasadnia wykorzystanie w procesie wytwarzania proppantów także surowców odpadowych. Ze znanych, opublikowanych sposobów wytwarzania proppantów warunki te zapewnia metoda granulowania masy i spiekanie. W artykule przedstawiono wyniki badań właściwości tworzyw ceramicznych, jako bazy proppantów, w zależności od rodzaju surowców zastosowanych do ich wytworzenia. Efektem końcowym badań jest ocena spełnienia zakładanego kryterium jakości proppantów.

EN

During the extraction of shale gas the hydraulic fracturing process is used to produce, maintain or enlarge cracks in rocks with help of fracturing fluids containing filling materials called proppants. The proppant is either natural or artificial aggregate, which due to its function, has specific properties. The most important one include the mechanical resistance to compression and regular spherical shape of particles with a diameter of 0.3-0.7 mm and a relatively low apparent density. A low price is important due to the large demand for proppants. The conditions for the fulfilment of specific requirements of proppants are the right selection of raw materials, which takes into account content their chemical composition and price, and the low-energy and high-performance manufacturing process. This justifies the usage of waste materials in the manufacturing process. From well-known, published methods of proppants producing, a mass granulation and sintering method meets these conditions. The article presents the study of properties of ceramic materials, that are a base for proppants, as a function of the type of raw materials used. A final research result is to assess the fulfilment of the assumed quality criteria of the proppants.

19

Study of deflocculation of white clay for obtaining ceramic proppants fabrication in spray dryer

Małek M., Wiśniewski P., Szymańska J., Koralnik M., Mizera J., Kurzydłowski K. J.

Archives of Materials Science and Engineering

|

2015

|

Vol. 75, nr 2

89--93

EN

Purpose: The aim of the paper is to present the properties of ceramic slurries based on Polish raw material – white clay. Design/methodology/approach: Test simulations were performed using mechanical mixer with rotation speed of 300 rpm. To characterize white clay microstructure SEM Hitachi SU-70 was used. For better investigation of white clay Zeta potential and grain size were done. Findings: As a result of conducted rheological properties of new slurries based on Polish raw material exhibits stable properties in time and meet standard industrial requirements. Ceramic slurries have very promising properties and it is possible to applicate them to ceramic proppants fabrication in spray dryer. Research limitations/implications: The main limitation is lack of possibilities to modification the rheological properties using additional chemical binders. Polish industry requires to use water as a main binder and max few wt.% of deflocculant additives. This limitation affect on the solid concentration of ceramic slurries and presented slurries had only 45 wt.%. The presented results of experimental studies will be used for developing a parameters of proppants fabrication details. Practical implications: Presented investigations are the part of a new ceramic slurries fabrication which are intended to consist in future with three Polish raw materials as a mix of white clay, bauxite and kaolin. Originality/value: This is one of first research to produce ceramic proppants using slurries, spray dryer and Polish raw materials. In future to take care of ecology, environment and modification properties of ceramic slurries Polish ashes from waste industry production will be added.

20

Gravel Packing i proppanty ceramiczne

Zimny M., Janus D.

Wiadomości Naftowe i Gazownicze

|

2014

|

R. 17, Nr 8 (196)

18--21