Innhold
- Et knusebestandig sand for olje- og gassbrønner
- Hvordan brukes Frac Sand?
- Frac Sand som en "Proppant"
- Hvilken type sand?
- Frac sand prosesseringsanlegg
- Hvor produseres og brukes Frac Sand?
- Frac sand kilder og priser
- Sinterede Bauxitt Proppanter
Frac sand: Nærbilde av frak sand (til høyre) og en typisk sand med lignende kornstørrelse (til venstre). Legg merke til hvordan frak-sanden har en mer jevn kornstørrelse, pent avrundede kornformer og en jevn sammensetning. Det er også et veldig tøft materiale som kan motstå trykkrefter på opptil flere tonn per kvadrat tomme. Korn på dette bildet er omtrent 0,50 millimeter store.
Frac sandproduksjon: Dette diagrammet illustrerer den spektakulære økningen i produksjonen av frac sand i USA. Data fra United States Geological Survey Minerals Yearbooks, 2005-2015.
Et knusebestandig sand for olje- og gassbrønner
"Frac sand" er en høy-ren kvartssand med veldig holdbare og veldig runde korn. Det er et knusebestandig materiale produsert for bruk av petroleumsindustrien. Den brukes i den hydrauliske bruddprosessen (kjent som "fracking") for å produsere petroleumsvæsker, for eksempel olje, naturgass og naturgassvæsker fra fjellenheter som mangler tilstrekkelig poreplass for at disse væskene kan strømme til en brønn. De fleste frac sand er et naturlig materiale laget av høy ren sandstein. Et alternativt produkt er keramiske perler laget av sintret bauxitt eller små metallperler laget av aluminium.
Etterspørselen etter frak sand har eksplodert de siste årene, ettersom tusenvis av olje- og naturgassbrønner blir stimulert ved bruk av den hydrauliske bruddprosessen. (Se produksjonsoversikten.) En hydraulisk bruddjobb på en brønn kan kreve noen få tusen tonn sand. Denne bølgen av spesialisert boring har skapt en milliard dollar frak sandindustri på veldig kort tid. Mellom 2005 og 2015 har mengden frak sand brukt av olje- og gassindustrien økt dramatisk.
Frac sand video: Video av amerikanske Silica som demonstrerer egenskapene til en høykvalitets fraksand.
Hvordan brukes Frac Sand?
Noen bergenheter under jordoverflaten som organisk skifer inneholder store mengder olje, naturgass eller naturgassvæsker som ikke vil renne fritt til en brønn. De vil ikke strømme til en brønn fordi bergartenheten enten mangler permeabilitet (sammenkoblede porerom) eller porerommene i fjellet er så små at disse væskene ikke kan strømme gjennom dem.
Den hydrauliske bruddprosessen løser dette problemet ved å generere brudd i fjellet. Dette gjøres ved å bore en brønn i fjellet, forsegle delen av brønnen i den petroleumsførende sonen og pumpe vann under høyt trykk inn i den delen av brønnen. Dette vannet blir generelt behandlet med kjemikalier og fortykningsmidler som guargummi for å lage en tyktflytende gel. Denne gelen letter vannets evne til å bære korn av frak sand i suspensjon.
Store pumper på jordoverflaten øker vanntrykket i den forseglede delen av brønnen til den er høy nok til å overskride bruddpunktet for de omkringliggende bergartene. Når deres bristepunkt er nådd, brukker de plutselig og vannet haster raskt inn i bruddene, blåser dem opp og strekker dem dypere ned i berget. Milliarder med sandkorn føres dypt ned i bruddene av denne plutselige rusen med vann. Noen få tusen tonn frak sand kan være nødvendig for å stimulere en enkelt brønn.
Frac sand video: Video av amerikanske Silica som demonstrerer egenskapene til en høykvalitets fraksand.
Hydraulisk brudd: Forenklet diagram over en naturgassbrønn som er konstruert med horisontal boring for å øke penetrasjonslengden gjennom Marcellus-skiferen. Hydraulisk brudd gjøres vanligvis i den horisontale delen av brønnen for å stimulere en strøm av gass fra skiferen. Denne brønnkonfigurasjonen brukes i skifer-skuespill i USA.
Frac Sand som en "Proppant"
Når pumpene er slått av, tømmes bruddene, men lukkes ikke helt - fordi de støttes opp av milliarder av korn med sand. Dette skjer bare hvis nok sandkorn til å motstå kraften til de lukkende bruddene er blitt levert inn i berget.
De nye bruddene i fjellet, støttet opp av de holdbare sandkornene, danner et nettverk av porerom som lar petroleumsvæsker strømme ut av berget og inn i brønnen. Frac sand er kjent som en "proppant" fordi den gir bruddene åpne.
Andre materialer som har blitt brukt som avstivningsmiddel inkluderer keramiske perler, aluminiumsperler og sintret bauxitt. Frac sand leverer generelt det høyeste ytelsesnivået, og det er for tiden den støttemiddel som oftest brukes av petroleumsindustrien.
Jordan Sandstone kart: Mange av steinenhetene som for tiden er utvunnet for frak sand er også akviferer. Dette gjør grunnvannsforskningspublikasjoner, for eksempel grunnvannsatlas-serien fra USAs geologiske undersøkelse, til verdifulle prospekteringsdokumenter for å bestemme tilstedeværelsen, tykkelsen og strukturen til sandsteinbergsenheter.Dette kartet er fra USAs grunnvannsatlas for Iowa, Michigan, Minnesota og Wisconsin. Den viser den geografiske utbredelsen og tykkelsen av Jordan Sandstone i Minnesota og Iowa. Lignende kart er blitt publisert i denne serien for andre sandsteinsbergsenheter og andre geografiske områder.
Hvilken type sand?
Proppanter av petroleumsindustri må oppfylle meget krevende spesifikasjoner. Egenskapene til en høykvalitets fraksand inkluderer:
- silikasand med høy renhet
- kornstørrelse perfekt tilpasset jobbkrav
- sfærisk form som gjør at den kan bæres i hydraulisk bruddvæske med minimal turbulens
- holdbarhet for å motstå knusingskrefter for å lukke brudd
Frac sand produseres i en rekke størrelser fra så liten som 0,1 millimeter i diameter til over 2 millimeter i diameter, avhengig av kundens spesifikasjoner. Det meste av frak-sanden som konsumeres er mellom 0,4 og 0,8 millimeter i størrelse.
Bergenheter som St. Peter Sandstone, Jordan Sandstone, Oil Creek Sandstone og Hickory Sandstone har vært potensielle kilder til frak sandmateriale. Disse bergsenhetene er sammensatt av kvarts korn som har vært gjennom flere sykluser av forvitring og erosjon. Den lange historien har fjernet nesten alle andre mineralkorn enn kvarts og produsert korn med veldig runde former. Dette er grunnen til at sand som er mudret fra elver, gravd ut fra terrasser eller fjernet fra strender, neppe vil gi et godt produkt.
Der disse bergsenhetene produseres er de vanligvis myke, dårlig sementerte og noen ganger lett forvitrede. Dette gjør det mulig å bli gravd ut og knust med minimale skader på kvartskornene. Sand med høy renhet fra områder som Appalachians er ofte ikke egnet for frac sand fordi den har blitt utsatt for tektoniske krefter som har deformert fjellet og svekket sandkornene.
Frac sand gruve i Wisconsin: Flyfoto av en frac sand mining mining i Wisconsin. Frac sand er et høyspesialisert produkt som bare kan produseres fra et lite antall sandavleiringer.
Frac sand prosesseringsanlegg: Luftfoto av et prosesseringsanlegg for frak sand i Wisconsin.
Frac sand prosesseringsanlegg
Frac sand brukes ikke rett fra bakken. Det krever behandling for å optimalisere ytelsen. Etter gruvedrift blir den ført til et prosessanlegg. Der vaskes den for å fjerne fine partikler.
Etter vasking blir sanden stablet i hauger slik at vaskevannet kan renne av. Denne operasjonen utføres utendørs og er begrenset til tider av året når temperaturene er over frysepunktet. Etter at sanden er tappet, legges den i en lufttørker for å fjerne all fuktighet. De tørre kornene blir deretter silet for å oppnå fraksjoner av spesifikk størrelse for forskjellige kunder.
Sand som ikke er egnet for fracking skilles og selges til annen bruk. Noe frak sand kan være harpiksbelagt for å forbedre ytelsen i frackingoperasjonen. Dette materialet vil bli solgt som et premiumprodukt. Etter bearbeiding lastes det meste av sand direkte i togbiler for levering av jernbane.
Noen prosessanlegg er lokalisert på gruveplassen. Imidlertid er prosessanlegg veldig dyre å bygge og deles noen ganger av flere gruver. Disse er sentralt plassert til flere gruver, og sanden blir levert med lastebil, tog eller transportør.
Hvor produseres og brukes Frac Sand?
For noen år siden leverte produsenter i Wisconsin og Texas mye av frak-sanden brukt av olje- og gassindustrien. En enorm økning i etterspørselen forårsaket av naturgass og skiferoljeboom har imidlertid motivert mange selskaper til å levere dette produktet. Mange av disse selskapene befinner seg i den sentrale delen av USA der St. Peter Sandstone og lignende bergsenheter er nær overflaten og lett gravd ut. Disse områdene er også der tektoniske krefter ikke har forårsaket alvorlig folding av bergsenhetene og svekket sandkornene. Det viktigste området er i de midt-vestlige delstatene (Illinois, Indiana, Iowa, Kansas, Kentucky, Minnesota, Michigan, Missouri, Nebraska og Wisconsin).
De fleste av silikasandene med høy renhet i USA har vært kjent i flere tiår. De har blitt brukt til glassfremstilling og metallurgisk bruk. Det nåværende søket etter frac sand handler ikke om "å oppdage nye kilder til sand", det handler i stedet om å bestemme hvilke kilder som produserer overlegne materialer.
Frac sand brukes til å produsere naturgass, naturgassvæsker og olje fra skifer og andre tette bergarter der hydraulisk brudd er nødvendig. Disse inkluderer: Marcellus-skiferen, Utica-skiferen, Bakken-formasjonen, Haynesville-skiferen, Fayetteville-skiferen, Eagle Ford-skiferen, Barnett-skiferen og mange andre skifer-skuespill i hele USA.
St. Peter Sandstone: Et bilde av St. Peter Sandstone avdekket av Joachim Dolomite tatt nær Pacific, Missouri. Public domain image av Kbh3rd.
Frac sand kilder og priser
Etterspørselen etter frak sand i Nord-Amerika har økt kraftig de siste årene som svar på at det utvikles mange skiferspiller i mange deler av USA og Canada. USAs geologiske undersøkelse rapporterer kilden til denne produksjonen:
Ordovicium St. Peter Sandstone i Midtvesten er en primær kilde til kiselsand for mange sluttbruk og er en viktig kilde til frac sand også. Fraksand fra St. Peter Sandstone, som er utvunnet i fem stater, er innen rimelig transportavstand til en rekke underjordiske skiferformasjoner som produserer naturgass.I 2011 ble 59% av frac sand produsert i Midtvesten.
Rapporterte gjennomsnittspriser for frak sand i U.S. Geological Survey Minerals Årbok var mellom $ 45 per tonn og $ 50 per tonn i 2010. I 2011 hadde gjennomsnittsprisen steget til $ 54,83. Dette er betydelig høyere enn gjennomsnittsprisen på $ 35 per tonn for spesialsand som selges utenfor byggebransjen.
Sinterede Bauxitt Proppanter
Pulverisert bauxitt kan smeltes sammen til bittesmå perler ved veldig høye temperaturer. Disse perlene har en veldig høy knusemotstand, og det gjør dem egnet for bruk som et støttemiddel. Perlenes spesifikke tyngdekraft og deres størrelse kan tilpasses viskositeten til det hydrauliske bruddfluidet og størrelsen på brudd som forventes å utvikle seg i fjellet. Produserte proppanter gir et bredt utvalg av kornstørrelse og spesifikk tyngdekraft sammenlignet med en naturlig propppant kjent som frac sand. Frac sand brukes for tiden i stedet for produserte proppanter fordi det har en kostnad og transport fordel.