Propantes de fraturamento hidráulico - Hydraulic fracturing proppants
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Um propante é um material sólido, normalmente areia, areia tratada ou materiais cerâmicos feitos pelo homem, projetado para manter uma fratura hidráulica induzida aberta, durante ou após um tratamento de fraturamento. É adicionado a um fluido de fraturamento hidráulico que pode variar em composição dependendo do tipo de fraturamento usado e pode ser à base de gel , espuma ou slickwater . Além disso, pode haver fluidos de fraturamento hidráulico não convencionais. Os fluidos fazem compensações em propriedades de material como viscosidade , onde fluidos mais viscosos podem transportar propante mais concentrado; as demandas de energia ou pressão para manter uma certa taxa de bomba de fluxo ( velocidade de fluxo ) que conduzirá o propante apropriadamente; pH , vários fatores reológicos , entre outros. Além disso, os fluidos podem ser usados na estimulação de poços de baixo volume de poços de arenito de alta permeabilidade (20k a 80k galões por poço) para operações de alto volume, como gás de xisto e gás impermeável que usam milhões de galões de água por poço.
A sabedoria convencional tem muitas vezes vacilado sobre a superioridade relativa do gel, espuma e fluidos slickwater em relação uns aos outros, o que por sua vez está relacionado à escolha do propante. Por exemplo, Zuber, Kuskraa e Sawyer (1988) descobriram que os fluidos à base de gel pareciam atingir os melhores resultados para operações de metano em leito de carvão , mas a partir de 2012, os tratamentos com slickwater são mais populares.
Além do propante, os fluidos de fraturamento slickwater são principalmente água, geralmente 99% ou mais em volume, mas os fluidos à base de gel podem ver polímeros e surfactantes compreendendo até 7% em volume, ignorando outros aditivos. Outros aditivos comuns incluem ácido clorídrico (baixo pH pode causar corrosão em certas rochas , dissolvendo calcário, por exemplo), redutores de fricção, goma guar , biocidas , desagregadores de emulsão, emulsificantes , 2-butoxietanol e isótopos marcadores radioativos .
Os propantes têm maior permeabilidade do que os propantes de malha pequena em tensões de fechamento baixas, mas irão falhar mecanicamente (ou seja, serão esmagados) e produzirão partículas muito finas ("finos") em tensões de fechamento altas, de modo que os propantes de malha menor superem os propantes de malha grande na permeabilidade após um certo limite de estresse.
Embora a areia seja um propante comum, a areia não tratada é propensa a uma geração significativa de finos; a geração de finos é freqüentemente medida em% em peso da alimentação inicial. Um boletim informativo comercial da Momentive cita que a produção de finos de areia não tratada é de 23,9% em comparação com 8,2% para cerâmica leve e 0,5% para seu produto. Uma maneira de manter um tamanho de malha ideal (isto é, permeabilidade) e ao mesmo tempo ter resistência suficiente é escolher propantes com resistência suficiente; areia pode ser revestida com resina, para formar areia revestida com resina curável ou areias revestidas com resina pré-curada. Em certas situações, um material de propante diferente pode ser escolhido completamente - alternativas populares incluem cerâmica e bauxita sinterizada .
Peso e força do propante
O aumento da resistência muitas vezes tem um custo de densidade aumentada, que por sua vez exige taxas de fluxo, viscosidades ou pressões mais altas durante o fraturamento, o que se traduz em custos de fraturamento aumentados, tanto ambiental quanto economicamente. Os propantes leves, ao contrário, são projetados para que possam quebrar a tendência de densidade de força ou até mesmo permitir maior permeabilidade ao gás. A geometria do propante também é importante; certas formas ou formas amplificam a tensão nas partículas de propante, tornando-as especialmente vulneráveis ao esmagamento (uma descontinuidade acentuada pode, classicamente, permitir tensões infinitas em materiais elásticos lineares).
Deposição de propante e comportamentos pós-tratamento
O tamanho da malha do propante também afeta o comprimento da fratura: os propantes podem ser "eliminados" se a largura da fratura diminuir para menos de duas vezes o tamanho do diâmetro do propante. À medida que os propantes são depositados em uma fratura, os propantes podem resistir ao fluxo de fluido adicional ou ao fluxo de outros propantes, inibindo o crescimento adicional da fratura. Além disso, as tensões de fechamento (uma vez que a pressão de fluido externa é liberada) podem fazer com que os propantes reorganizem ou "espremam" os propantes, mesmo se nenhum fino for gerado, resultando em menor largura efetiva da fratura e diminuição da permeabilidade. Algumas empresas tentam causar uma ligação fraca em repouso entre as partículas de propante para evitar tal reorganização. A modelagem da dinâmica dos fluidos e reologia do fluido de fraturamento e seus propantes carregados é um assunto de pesquisa ativa da indústria.
Custos do propante
Embora uma boa escolha de propante afete positivamente a taxa de produção e a recuperação final geral de um poço, os propantes comerciais também são limitados pelo custo. Os custos de transporte do fornecedor para o local constituem um componente significativo do custo dos propantes.
Outros componentes de fluidos de fraturamento
Além do propante, os fluidos de fraturamento slickwater são principalmente água, geralmente 99% ou mais em volume, mas os fluidos à base de gel podem ver polímeros e surfactantes compreendendo até 7% em volume, ignorando outros aditivos. Outros aditivos comuns incluem ácido clorídrico (baixo pH pode causar corrosão em certas rochas , dissolvendo calcário, por exemplo), redutores de fricção, goma guar , biocidas , desagregadores de emulsão, emulsificantes e 2-butoxietanol .
Isótopos traçadores radioativos às vezes são incluídos no fluido de hidrofratura para determinar o perfil de injeção e a localização das fraturas criadas pelo fraturamento hidráulico. As patentes descrevem em detalhes como vários traçadores são normalmente usados no mesmo poço. Os poços são fraturados hidraulicamente em diferentes estágios. Traçadores com diferentes meias-vidas são usados para cada estágio. Suas meias-vidas variam de 40,2 horas ( lantânio-140 ) a 5,27 anos ( cobalto-60 ). As quantidades por injeção de radionuclídeo estão listadas nas diretrizes da US Nuclear Regulatory Commission (NRC). As diretrizes do NRC também listam uma ampla gama de materiais radioativos em formas sólidas, líquidas e gasosas que são usados como marcadores de inundação de campo ou de aplicações de estudo de recuperação aprimorada de petróleo e gás usados em poços únicos e múltiplos.
Nos EUA, exceto para fluidos de fraturamento aditivo à base de diesel, observado pela Agência de Proteção Ambiental Americana como tendo uma proporção maior de compostos orgânicos voláteis e BTEX carcinogênicos , o uso de fluidos de fraturamento em operações de fraturamento hidráulico foi explicitamente excluído da regulamentação do American Clean Lei da Água em 2005, uma medida legislativa que desde então atraiu polêmica por ser o produto de lobby de interesses especiais.