Content
- Una sorra resistent al aixafament per als abocaments de petroli i gas
- Com s’utilitza Frac Sand?
- Frac Sand com un "Proppant"
- Quin tipus de sorra?
- Plantes de processament de sorra de Frac
- On es produeix i utilitza la sorra de Frac?
- Fonts i preus de sorra de Frac
- Propatants de bauxita sinterats
Frac sorra: Vista de primer pla de sorra frac (a la dreta) i una sorra típica de mida similar al gra (a l'esquerra). Observeu com la sorra de frac té una mida de gra més uniforme, formes de gra ben arrodonides i una composició uniforme. També és un material molt resistent que pot resistir forces de compressió de fins a diverses tones per polzada quadrada. Els grans d'aquesta imatge tenen una mida d'aproximadament 0,50 mil·límetres.
Producció de sorra de frac: Aquest gràfic mostra l'espectacular augment de la producció de sorra de frac als Estats Units. Dades dels Anuaris de Minerals d'Enquestes Geològiques dels Estats Units, 2005-2015.
Una sorra resistent al aixafament per als abocaments de petroli i gas
"Frac arena" és una sorra de quars d’alta puresa amb grans molt duradors i molt rodons. És un material resistent a les aixafades produït per a la indústria del petroli. S'utilitza en el procés de fracturació hidràulica (conegut com a "fracking") per produir fluids de petroli, com ara el petroli, el gas natural i els líquids de gas natural de les unitats de roca que no tenen un espai de porus adequat perquè aquests fluids flueixin cap a un pou. La major part de sorra frac és un material natural elaborat amb gres d’alta puresa. Un producte alternatiu és les perles de ceràmica fabricades amb bauxita sinteritzada o perles de metall petites d’alumini.
La demanda de sorra de frac ha explotat en els últims anys, ja que milers de pous de petroli i gas natural s’estan estimulant mitjançant el procés de fracturació hidràulica. (Veure el gràfic de producció.) Una tasca de fracturació hidràulica en un pou pot requerir uns quants milers de tones de sorra. Aquest augment de la perforació especialitzada ha creat una indústria de sorra de frac de mil milions de dòlars en molt poc temps. Entre el 2005 i el 2015, la quantitat de sorra de frac utilitzada per la indústria del petroli i el gas ha augmentat notablement.
Video de sorra de Frac: Vídeo de la sílice nord-americana que demostra les característiques d'una sorra de frac d'alta qualitat.
Com s’utilitza Frac Sand?
Algunes unitats de roca subsuperficial, com ara el esquist orgànic, contenen grans quantitats de petroli, gas natural o líquids de gas natural que no circularan lliurement cap a un pou. No circularan cap a un pou perquè la unitat de roca no té permeabilitat (espais de porus interconnectats) o els espais de porus de la roca són tan petits que aquests fluids no poden passar per ells.
El procés de fracturació hidràulica soluciona aquest problema generant fractures a la roca. Això es fa forant un pou a la roca, segellant la part del pou a la zona portadora de petroli i bombejant aigua a alta pressió a la part del pou. Aquesta aigua es tracta generalment amb productes químics i espessidors com la goma de guar per crear un gel viscós. Aquest gel facilita que les aigües puguin transportar grans de sorra frac en suspensió.
Les grans bombes a la superfície terrestre augmenten la pressió de l’aigua a la part segellada del pou fins que sigui prou alta com per superar el punt de trencament de les roques circumdants. Quan s’arriba al seu punt de trencament, es fracturen sobtadament i l’aigua es precipita ràpidament cap a les fractures, inflant-les i estenent-les més a fons a la roca. Milers de milions de grans de sorra s’endinsen en les fractures per aquesta brusca aigua. Es pot necessitar uns quants milers de tones de sorra de frac per estimular un sol pou.
Video de sorra de Frac: Vídeo de la sílice nord-americana que demostra les característiques d'una sorra de frac d'alta qualitat.
Fracturació hidràulica: Esquema simplificat d’un pou de gas natural que s’ha construït amb una perforació horitzontal per augmentar la longitud de penetració a través del Shale Marcellus. La fracturació hidràulica es fa normalment a la porció horitzontal del pou per estimular el flux de gas procedent de l’esquist. Aquesta configuració del pou s'utilitza en els jocs de xisto dels Estats Units.
Frac Sand com un "Proppant"
Quan les bombes s’apaguen, les fractures es desfren però no es tanquen completament, ja que s’obren milers de milions de grans de sorra. Això només es produeix si s’han lliurat a la roca suficients grans de sorra per resistir la força de les fractures de tancament.
Les noves fractures de la roca, obertes pels grans de sorra duradors, formen una xarxa d'espai porus que permet que els líquids de petroli surtin de la roca i cap al pou. La sorra del frac és coneguda com "proppant" perquè propicia les fractures obertes.
Altres materials que s'han utilitzat com a propànent són les perles de ceràmica, les perles d'alumini i la bauxita sinteritzada. La sorra de frac generalment ofereix el màxim nivell de rendiment, i actualment és el bruc més freqüentment utilitzat per la indústria del petroli.
Mapa de les arenes de Jordan: Moltes de les unitats de roca que actualment s’estrenen per a la sorra de frac també són aqüífers. Això fa que publicacions de recerca d’aigües subterrànies, com la sèrie d’atles subterrànies de l’aigua subterrània dels Estats Units Geològics, siguin valuosos documents de prospecció per determinar la presència, el gruix i l’estructura de les unitats de roca arenisca.Aquest mapa prové de l’atles terrestres d’aigua dels Estats Units per Iowa, Michigan, Minnesota i Wisconsin. Mostra l'extensió i el gruix geogràfic de la pedra arenisca de Jordan a Minnesota i Iowa. En aquesta sèrie s’han publicat mapes similars per a altres unitats de roca arenisca i altres zones geogràfiques.
Quin tipus de sorra?
Els productors del petroli han de complir especificacions molt exigents. Les característiques d'una sorra de frac d'alta qualitat inclouen:
- sorra de sílice d’alta puresa
- la mida del gra s'adapta perfectament als requisits del treball
- forma esfèrica que permet portar-lo en fluid de fracturació hidràulica amb turbulència mínima
- durabilitat per resistir les forces aixafades de les fractures de tancament
La sorra fre es produeix en diferents mides des de tan petits com 0,1 mil·límetres de diàmetre fins a més de 2 mil·límetres de diàmetre, segons les especificacions del client. La major part de la sorra de frac que es consumeix té entre 0,4 i 0,8 mil·límetres.
Les unitats de roca com la pedra de sorra de Sant Pere, la pedra de sorra de Jordan, la pedra arenisca de Oil Creek i la pedra de pedra d’Hickory han estat fonts potencials de material de sorra fràcica. Aquestes unitats rocoses estan compostes per grans de quars que han passat a través de múltiples cicles de meteorització i erosió. Aquesta llarga història ha tret gairebé tots els cereals minerals que no siguin el quars i hagi produït grans amb formes molt rodones. És per això que és poc probable que la sorra dragada dels rius, excavada en terrasses o retirada de les platges sigui poc probable.
Quan es produeixen aquestes unitats de roca solen ser suaus, mal cimentades i, de vegades, lleugerament resistents. Això els permet excavar i aixafar amb un dany mínim als grans de quars. La sorra d’alta puresa provinent d’àrees com els Appalaques no és adequada sovint per a sorres frac, perquè ha estat sotmesa a forces tectòniques que han deformat la roca i han debilitat els grans de sorra.
Mina de sorra de Frac a Wisconsin: Vista aèria d'una operació minera de sorra frac a Wisconsin. La sorra del frac és un producte altament especialitzat que només es pot produir a partir d’un nombre reduït de dipòsits de sorra.
Instal·lacions de processament de sorra de Frac: Vista aèria d'una instal·lació de processament de sorres de frac a Wisconsin.
Plantes de processament de sorra de Frac
La sorra no es fa servir directament des de terra. Requereix processament per optimitzar el seu rendiment. Després de la mineria, es porta a una planta de processament. Allà es renta per eliminar partícules fines.
Després del rentat, la sorra s’amuntega en piles per deixar que l’aigua de rentat s’escorri. Aquesta operació es realitza a l’aire lliure i està restringida a èpoques de l’any quan les temperatures estan per sobre de la congelació. Un cop drenat la sorra, es col·loca en un assecador d’aire per eliminar tota la humitat. A continuació, es seleccionen els grans secs per obtenir fraccions de mida específica per a diferents clients.
La sorra que no és apta per al fracking es separa i es ven per a altres usos. Es pot recobrir una mica de sorra de resina per millorar el seu rendiment en l'operació de fracking. Aquest material es vendrà com a producte premium. Després de processar-la, la major part de sorra es carrega directament als vagons del tren per a l'entrega del ferrocarril.
Algunes plantes de processament es troben al recinte de la mina. Tot i això, les plantes de processament són molt costoses de construir i a vegades són compartides per diverses mines. Es troben en una ubicació cèntrica a diverses mines i la sorra s’entrega en camió, tren o transportador.
On es produeix i utilitza la sorra de Frac?
Fa uns anys, els productors a Wisconsin i Texas proveïen gran part de la sorra de frac utilitzada per la indústria del petroli i del gas. Tot i això, una forta pujada de la demanda causada per l’auge del gas natural i del petroli de esquistó ha motivat moltes empreses a proporcionar aquest producte. Moltes d’aquestes empreses es troben a la part central dels Estats Units on la pedra de gres de Sant Pere i unitats de roca similars es troben a prop de la superfície i es poden excavar fàcilment. Aquestes zones també són on les forces tectòniques no han provocat un plegament greu de les unitats de roca i han debilitat els grans de sorra. L’àrea principal es troba als estats del centre-oest (Illinois, Indiana, Iowa, Kansas, Kentucky, Minnesota, Michigan, Missouri, Nebraska i Wisconsin).
La majoria de les sorres de sílice d’alta puresa als Estats Units són conegudes des de fa dècades. S’han utilitzat per a ús de vidre i metal·lúrgia. La cerca actual de sorra frac no es tracta de "descobrir noves fonts de sorra", sinó de determinar quines fonts produeixen materials superiors.
La sorra de frac s’utilitza per produir gas natural, líquids de gas natural i petroli d’esquistes i altres roques estretes on es necessita fracturació hidràulica. Aquests inclouen el Shale Marcellus, el Shale Utica, la Formació Bakken, el Shale Haynesville, el Shale Fayetteville, el Shale Eagle Ford, el Shale Barnett i moltes altres obres de shale a tot els Estats Units.
Gres de Sant Pere: Una foto de la pedra de sorra de St. Peter capçada per la Dolomita Joachim presa a Pacific, Missouri. Imatge de domini públic de Kbh3rd.
Fonts i preus de sorra de Frac
La demanda de sorra de frac a Amèrica del Nord ha augmentat bruscament en els darrers anys en resposta a nombrosos jocs de esquistres que es desenvolupen a moltes parts dels Estats Units i Canadà. L’enquesta geològica dels Estats Units informa l’origen d’aquesta producció:
La pedra arenisca de l’Ordovicià Sant Pere al mig oest és una font primària de sorra de sílice per a molts usos finals i és una font important de sorra de frac. Miniada en cinc Estats, la sorra fràcica de la pedra arenisca de Sant Pere es troba a una distància de transport raonable fins a nombroses formacions de esquistos subterranis que produeixen gas natural.El 2011, el 59% de la sorra frac es va produir al Midwest.
El preu mitjà de la sorra de frac a l'Anuari Geològic d'Estudis Minerals d'Estats Units es va situar entre els 45 $ la tona i els 50 dòlars la tona el 2010. El 2011, el preu mitjà havia augmentat fins als 54,83 dòlars. Això és significativament superior al preu mitjà de 35 dòlars la tona per a la sorra especial venuda fora de la indústria de la construcció.
Propatants de bauxita sinterats
La bauxita en pols es pot fondre en petites gotes a temperatures molt altes. Aquestes perles tenen una resistència de trituració molt elevada i això les fa adequades per utilitzar-les com a propàntic. La gravetat específica de les perles i la seva mida es poden ajustar a la viscositat del fluid de fracturació hidràulica i a la mida de les fractures que s'espera que es desenvolupin a la roca. Els insectes fabricats ofereixen una àmplia selecció de la mida del gra i de la gravetat específica en comparació amb un sostingut natural conegut com a sorra frac. Actualment s’utilitza sorra de frac en lloc de plantes de fabricació fabricades perquè té un avantatge de cost i transport.