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水力壓裂VS水源保護 安全環保型覆膜砂應運而生

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如今,北美石油的繁榮離不開水力壓裂技術,因為這一技術能夠高效的將巖層中連通性較差的油氣開采出來。在過去的幾年間,水力壓裂技術在環境保護方面潛在的不利影響越來越受到大家的廣泛關注。由于水力壓裂將成為國內能源可持續發展的技術戰略,各企業應該積極主動的通過對環保技術的調研和開發,來解決這些環境問題。接下來講述的就是一種首例環保型覆膜砂。

支撐劑的重要性

行業上按照不同的井深將井分為三類:淺井、中深井和深井。充填通常應用于淺井和中深井。覆膜砂對于三種井深的井都能使用,而陶粒砂砂則多適用于中深井和深井。有些公司在供給短缺時不論何種材料都用來做支撐劑。更有甚者,有些公司為了降低成本,會使用一些能夠起到一定作用的劣質支撐劑。石油圈原創www.h29736.cn

陶粒砂之所以獨一無二是因為它比較堅硬、抗粉碎。陶粒砂的形狀為圓形,一般來說,為了節約將其運輸到鉆井現場的成本,就必須要考慮地點和距離,這也是總體成本的最大支出,據估計,其運輸費用約占總成本的70%。

常見的陶粒砂目數為16/30目,20/40目,30/50目,40/70目和50/140目(或俗稱100目)。陶粒砂的目數是按照陶粒砂可通過的篩網的目數而定的。例如,20/40目陶粒砂是指90%的顆??赏ㄟ^20至40目的篩網。通用的等級為20/40目,一般情況下,直徑越大的陶粒砂價格會越高。陶粒砂是最常用的支撐劑。石油圈原創www.h29736.cn

覆膜砂的優勢

覆膜砂技術已經應用幾十年,在工業中使用的兩種主要類型的覆膜砂分別是可固化樹脂覆膜砂和固化樹脂覆膜砂??晒袒瘶渲材ど澳軌虬l生反應并且與其它的覆膜砂顆粒結合,而固化覆膜砂則不具有這種能力。固化覆膜砂具有較高的抗壓性,而且與壓裂液發生反應的概率更小,因為樹脂已充分固化??晒袒詷渲瑳]有充分固化,并可能會與壓裂液發生反應,但正是由于這種特性可使得它能夠與其他覆膜砂顆粒相結合。因此可固化覆膜砂是最優的選擇。

公司購買支撐劑時,其實購買的是支撐劑之間的空間。研究表明如果地層中產生5%的粉末就可能降低60%的傳導率??晒袒材ど熬邆湟粋€最佳的性能:它能夠在地層中與其他砂粒相結合。這種地下的固化作用消除了支撐劑回流的問題:被泵入到井內的支撐劑會回流到地表,如果有大量的支撐劑回流至地表,就可能會導致集成設備的損壞。

酚醛樹脂覆膜砂

水力壓裂過程中使用的大多數覆膜砂是酚醛樹脂覆膜砂。這種類型的化學材料已使用了數十年,因為酚醛樹脂能夠提供覆膜砂所需的特性和屬性。井筒內的環境是比較惡劣的:高溫、潮濕、高壓等環境,能夠適用于井筒環境的化學品和工藝技術少之又少。石油圈原創www.h29736.cn

然而,不幸的是,酚醛樹脂覆膜砂可能會濾出有害的化學物質,這些物質可能會達到蓄水層并污染水源,那么人類賴以生存的水源就會被嚴重污染。由于酚醛樹脂會濾出甲醛和苯酚,而甲醛是眾所周知的致癌物,現在很多工廠已經禁止使用這一化學材料。苯酚是一種誘變劑,可能會導致先天畸形。許多行業的產品都需要檢測這些有害化合物的含量,以確保人們的安全。

同樣不幸的是,水力壓裂工業目前還尚未全面披露化學品和覆膜砂的加工使用過程中可能存在的潛在危險,但是,隨著越來越大的壓力施加到該領域,其存在的危害最后都會一一揭露。

聚氨酯化學品

新的覆膜砂技術以聚氨酯化學品為基礎-這種材料與廚房餐桌的涂層屬于同一種。為了能夠讓行業接受這個新技術,它必須達到甚至超過當前正在使用的超過酚醛樹脂的性能。聚氨酯覆膜砂具有優異的抗破碎強度,較好的傳導率和優于其他支撐劑的回流控制的能力。舉個例子,40/70目的聚氨酯覆膜砂的強度是其他支撐劑的1.3倍左右。與酚醛樹脂覆膜砂相比,這種新的覆膜砂具備同樣高的傳導率和滲透率。這種涂層的覆膜砂適合于中深和深水井。

低溫覆膜砂

最近新推出的一種覆膜砂將會在業內產生一定的影響。由于淺井的溫度通常比較低,而在低溫條件下,樹脂覆膜砂的固化就會遇到問題。要想制造出一種能夠在低至90華氏度的井筒溫度下進行固化同時在倉庫進行存儲或在炎熱天氣進行運輸時仍能保持穩定的覆膜砂,是一個非常大的挑戰。

新型的低溫可固化覆膜砂在溫度低至90華氏度時的回流控制效果仍然較好,且不需要任何激活劑。大多數的低溫覆膜砂即使使用過量的活化劑,其在低溫下的回流控制效果也不太好。并且新的涂層工藝(不會對自來水產生污染)足夠環保,能夠保證自來水達到飲用的條件。對此覆膜砂進行測試,將其置于水中煮沸之后,自來水可以達到安全飲用的條件。而對于其他大多數的酚醛樹脂覆膜砂而言,情況就大為相同,它們通常會濾出一定量的甲醛和苯酚。

更安全的替代產品

在聚氨酯涂覆技術研發之前,沒有更安全的替代產品。這種新的替代產品(聚氨酯覆膜砂)與酚醛樹脂覆膜砂相比,各方面的性能相同甚至效果更佳。同時,這種產品具備更好的環保性。在北美,水力壓裂對于穩定能源的產量起著至關重要的作用。需要使用水力壓裂技術的各大公司有責任研發一種安全環保型的支撐劑,以保護我們子嗣賴以生存的家園。

作者/Phon Malone ?譯者/羅曼 ?編輯/魏亞蒙

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檸檬
石油圈認證作者
畢業于中國石油大學(華東),油氣井工程碩士,長期聚焦國內外石油行業前沿技術裝備信息,具有數十萬字技術文獻翻譯經驗。如需獲取更多技術資料,請聯系我們。
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