Olie en gas

Wat is Frac Sand?



Dit speciale zand is een van de sleutels voor de productie van olie en aardgas uit strakke schalieformaties


Frac zand: Close-upweergave van frac-zand (rechts) en een typisch zand van vergelijkbare korrelgrootte (links). Merk op dat het frac-zand een meer uniforme korrelgrootte, mooi afgeronde korrelvormen en een uniforme samenstelling heeft. Het is ook een zeer taai materiaal dat drukkrachten tot enkele tonnen per vierkante inch kan weerstaan. Korrels in deze afbeelding zijn ongeveer 0,50 millimeter groot. Foto

Frac zandproductie: Deze grafiek illustreert de spectaculaire stijging van de productie van frac-zand in de Verenigde Staten. Gegevens uit de jaarboeken van de Geological Survey Minerals, Verenigde Staten, 2005-2015.

Een knikbestendig zand voor olie- en gasbronnen

"Frac-zand" is een zeer zuiver kwartszand met zeer duurzame en zeer ronde korrels. Het is een drukbestendig materiaal geproduceerd voor gebruik door de aardolie-industrie. Het wordt gebruikt in het hydraulische breekproces (bekend als "fracking") om aardolievloeistoffen, zoals olie, aardgas en aardgasvloeistoffen te produceren uit rotseenheden die onvoldoende porieruimte hebben om deze vloeistoffen naar een put te laten stromen. Het meeste frac-zand is een natuurlijk materiaal gemaakt van zeer zuiver zandsteen. Een alternatief product zijn keramische kralen gemaakt van gesinterd bauxiet of kleine metalen kralen gemaakt van aluminium.

De vraag naar frac-zand is de afgelopen jaren geëxplodeerd omdat duizenden olie- en aardgasbronnen worden gestimuleerd met behulp van het hydraulische breekproces. (Zie de productietabel.) Voor een hydraulische breuk in een put kan een paar duizend ton zand nodig zijn. Deze golf van gespecialiseerde boringen heeft in zeer korte tijd een fractiezandindustrie van miljard dollar gecreëerd. Tussen 2005 en 2015 is de hoeveelheid frac-zand die door de olie- en gasindustrie wordt gebruikt, dramatisch toegenomen.

Frac sand video: Video van US Silica die de kenmerken van een hoogwaardig frac-zand aantoont.

Hoe wordt Frac Sand gebruikt?

Sommige ondergrondse rotseenheden, zoals organische schalie, bevatten grote hoeveelheden olie, aardgas of aardgasvloeistoffen die niet vrij naar een put kunnen stromen. Ze zullen niet naar een put stromen omdat het gesteente ofwel geen permeabiliteit heeft (onderling verbonden poriënruimten) of omdat de poriënruimten in het gesteente zo klein zijn dat deze vloeistoffen er niet door kunnen stromen.

Het hydraulische breekproces lost dit probleem op door breuken in het gesteente te genereren. Dit wordt gedaan door een put in de rots te boren, het deel van de put in de aardoliedragende zone af te dichten en water onder hoge druk in dat deel van de put te pompen. Dit water wordt over het algemeen behandeld met chemicaliën en verdikkingsmiddelen zoals guargom om een ​​viskeuze gel te creëren. Deze gel vergemakkelijkt het vermogen van het water om korrels van frac-zand in suspensie te dragen.

Grote pompen aan het aardoppervlak verhogen de waterdruk in het afgesloten gedeelte van de put totdat deze hoog genoeg is om het breekpunt van de omringende rotsen te overschrijden. Wanneer hun breekpunt is bereikt, breken ze plotseling en water stroomt snel de breuken in, blaast ze op en breidt ze dieper in de rots uit. Miljarden zandkorrels worden diep in de breuken gebracht door deze plotselinge stroom water. Een paar duizend ton frac-zand kan nodig zijn om een ​​enkele put te stimuleren.

Frac sand video: Video van US Silica die de kenmerken van een hoogwaardig frac-zand aantoont.

Hydraulische breuk: Vereenvoudigd diagram van een aardgasbron die is gebouwd met horizontaal boren om de penetratielengte door de Marcellus-schalie te vergroten. Hydraulisch breken wordt typisch gedaan in het horizontale gedeelte van de put om een ​​stroom gas uit de schalie te stimuleren. Deze putconfiguratie wordt gebruikt in schaliespelen van de Verenigde Staten.

Frac Sand als een "Proppant"

Wanneer de pompen worden uitgeschakeld, lopen de breuken leeg maar sluiten ze niet volledig - omdat ze worden gestut door miljarden korrels frac-zand. Dit gebeurt alleen als voldoende zandkorrels om de kracht van de sluitbreuken te weerstaan ​​in de rots zijn afgeleverd.

De nieuwe breuken in het gesteente, gestut door de duurzame zandkorrels, vormen een netwerk van poriënruimte waardoor aardolievloeistoffen uit het gesteente en in de put kunnen stromen. Frac-zand staat bekend als een "steunmiddel" omdat het de breuken openhoudt.

Andere materialen die zijn gebruikt als een proppant omvatten keramische kralen, aluminiumkralen en gesinterd bauxiet. Frac-zand levert over het algemeen het hoogste prestatieniveau en is momenteel het steunmiddel dat het meest wordt gebruikt door de aardolie-industrie.

Jordan Sandstone-kaart: Veel van de rotseenheden die momenteel worden gewonnen voor frac-zand zijn ook watervoerende lagen. Dit maakt publicaties over grondwateronderzoek, zoals de serie grondwateratlassen van de United States Geological Survey, waardevolle prospectiedocumenten voor het bepalen van de aanwezigheid, dikte en structuur van zandsteenrotseenheden. Deze kaart is afkomstig van de grondwateratlas van de Verenigde Staten voor Iowa, Michigan, Minnesota en Wisconsin. Het toont de geografische omvang en dikte van de Jordan Sandstone in Minnesota en Iowa. Soortgelijke kaarten zijn in deze serie gepubliceerd voor andere zandsteenrots en andere geografische gebieden.

Wat voor soort zand?

Proppants uit de petroleumindustrie moeten aan zeer veeleisende specificaties voldoen. De kenmerken van een hoogwaardig frac-zand zijn onder meer:

  • hoogzuiver kiezelzand
  • korrelgrootte perfect afgestemd op functie-eisen
  • sferische vorm waardoor het kan worden vervoerd in hydraulische breekvloeistof met minimale turbulentie
  • duurzaamheid om verbrijzelingskrachten van sluitende breuken te weerstaan

Frac-zand wordt geproduceerd in verschillende maten, van slechts 0,1 millimeter in diameter tot meer dan 2 millimeter in diameter, afhankelijk van de specificaties van de klant. Het grootste deel van het geconsumeerde frac-zand is tussen 0,4 en 0,8 millimeter groot.

Rotseenheden zoals de St. Peter Sandstone, Jordan Sandstone, Oil Creek Sandstone en Hickory Sandstone zijn potentiële bronnen van frac-zandmateriaal. Deze rotseenheden zijn samengesteld uit kwartskorrels die meerdere cycli van verwering en erosie hebben doorgemaakt. Die lange geschiedenis heeft bijna alle minerale korrels behalve kwarts verwijderd en korrels met zeer ronde vormen geproduceerd. Daarom is het onwaarschijnlijk dat zand dat uit rivieren is gebaggerd, van terrassen is afgegraven of van het strand is verwijderd, een goed product oplevert.

Waar deze steeneenheden worden geproduceerd, zijn ze meestal zacht, slecht gecementeerd en soms licht verweerd. Hierdoor kunnen ze worden uitgegraven en verpletterd met minimale schade aan de kwartskorrels. Hoogzuiver zand uit gebieden zoals de Appalachen is vaak niet geschikt voor frac-zand omdat het is blootgesteld aan tektonische krachten die de rots hebben vervormd en de zandkorrels hebben verzwakt.

Frac-zandmijn in Wisconsin: Luchtfoto van een frac-zandmijnoperatie in Wisconsin. Frac-zand is een zeer gespecialiseerd product dat alleen uit een klein aantal zandafzettingen kan worden geproduceerd. Foto

Frac zand verwerkingsfaciliteit: Luchtfoto van een frac-zandverwerkingsfaciliteit in Wisconsin. Foto

Frac Zandverwerkingsinstallaties

Frac-zand wordt niet rechtstreeks vanaf de grond gebruikt. Het vereist verwerking om de prestaties te optimaliseren. Na de mijnbouw wordt het naar een verwerkingsbedrijf gebracht. Daar wordt het gewassen om fijne deeltjes te verwijderen.

Na het wassen wordt het zand opgestapeld om het waswater te laten weglopen. Deze bewerking wordt buitenshuis uitgevoerd en is beperkt tot tijden van het jaar waarin de temperaturen boven het vriespunt liggen. Nadat het zand is afgetapt, wordt het in een luchtdroger geplaatst om al het vocht te verwijderen. De droge korrels worden vervolgens gescreend om fracties met een specifieke grootte voor verschillende klanten te verkrijgen.

Zand dat niet geschikt is voor fracking wordt gescheiden en verkocht voor ander gebruik. Sommige frac-zand kan met hars zijn bekleed om de prestaties ervan tijdens het fracken te verbeteren. Dit materiaal wordt verkocht als premiumproduct. Na verwerking wordt het meeste zand rechtstreeks in treinwagons geladen voor levering per spoor.

Sommige verwerkingsbedrijven bevinden zich op de mijnsite. Verwerkingsfabrieken zijn echter erg duur om te bouwen en worden soms gedeeld door meerdere mijnen. Deze zijn centraal gelegen voor meerdere mijnen en het zand wordt geleverd per vrachtwagen, trein of transportband.

Waar wordt Frac Sand geproduceerd en gebruikt?

Enkele jaren geleden leverden producenten in Wisconsin en Texas veel van het frac-zand dat door de olie- en gasindustrie wordt gebruikt. Een enorme piek in de vraag als gevolg van de aardgas- en schalieolieboom heeft echter veel bedrijven gemotiveerd om dit product te leveren. Veel van deze bedrijven bevinden zich in het centrale deel van de Verenigde Staten, waar de St. Peter-zandsteen en soortgelijke rotsblokken dicht bij het oppervlak liggen en gemakkelijk worden uitgegraven. Deze gebieden zijn ook waar tektonische krachten geen ernstige vouwing van de rotseenheden hebben veroorzaakt en de zandkorrels verzwakt. Het belangrijkste gebied ligt in de Midden-Westelijke staten (Illinois, Indiana, Iowa, Kansas, Kentucky, Minnesota, Michigan, Missouri, Nebraska en Wisconsin).

De meeste hoogzuivere kiezelzanden in de Verenigde Staten zijn al tientallen jaren bekend. Ze zijn gebruikt voor het maken van glas en voor metallurgische toepassingen. De huidige zoektocht naar frac-zand gaat niet over 'nieuwe zandbronnen ontdekken', maar over het bepalen welke bronnen superieure materialen produceren.

Frac-zand wordt gebruikt om aardgas, aardgasvloeistoffen en olie te produceren uit schalie en andere nauwe rotsen waar hydraulische breuk vereist is. Deze omvatten: de Marcellus Shale, Utica Shale, Bakken Formation, Haynesville Shale, Fayetteville Shale, Eagle Ford Shale, Barnett Shale en vele andere schaliespelen in de Verenigde Staten.

St. Peter Sandstone: Een foto van de St. Peter zandsteen afgetopt door de Joachim Dolomiet genomen in de buurt van de Stille Oceaan, Missouri. Afbeelding van het publieke domein door Kbh3rd.

Frac Sand Bronnen en prijzen

De vraag naar frac-zand in Noord-Amerika is de laatste jaren sterk gestegen als reactie op de ontwikkeling van tal van schaliespelen in veel delen van de Verenigde Staten en Canada. De United States Geological Survey rapporteert de bron van deze productie:

De Ordovicische St. Peter-zandsteen in het Midwesten is een primaire bron van silicazand voor veel eindtoepassingen en is ook een belangrijke bron van frac-zand. Gedeeltelijk gewonnen in vijf staten, ligt frac-zand uit de St. Peter-zandsteen binnen redelijke transportafstand naar tal van ondergrondse schalieformaties die aardgas produceren.
In 2011 werd 59% van het frac-zand geproduceerd in de Midwest.

De gerapporteerde gemiddelde prijzen voor frac-zand in het US Geological Survey Minerals Yearbook lagen in 2010 tussen $ 45 per ton en $ 50 per ton. In 2011 was de gemiddelde prijs gestegen tot $ 54,83. Dit is aanzienlijk hoger dan de gemiddelde prijs van $ 35 per ton voor speciaal zand dat buiten de bouwsector wordt verkocht.

Frac Sand Informatie
1 Frac Sand in Wisconsin: Bruce Brown, Wisconsin Geological and Natural History Survey, Fact Sheet 05, 2012.
2 De feiten van Frac: Mark Zdunczyk, artikel van Drilling Minerals, januari 2007.
3 Hydraulic Fracturing Proppants: artikel, kaart van Amerikaanse Silica-proppantbronnen en video over de belangrijke eigenschappen van frac-zand, 2011.
4 $ en Dollars - Mijnbouw Frac Sand in de River Valley: Reggie McLeod, Big River Magazine, juli-augustus 2011.
5 oliemaatschappijen aangetrokken tot Frac Sand: Isabel Ordonez, artikel in Dow Jones Newswires op Rigzone.com, mei 2012.
6 St. Peter Sandstone: website-artikel, Missouri Department of Natural Resources, Geological Survey Program, laatst bezocht in oktober 2016.
7 Silica: United States Geological Survey, Mineralen Jaarboeken van 2005-2015.
8 Grondwateratlas van de Verenigde Staten, Verenigde Staten Geological Survey, Hydrologic Investigations Atlas Series, gepubliceerd 1992 tot 2000.

Gesinterde bauxietproppants

Poedervormig bauxiet kan bij zeer hoge temperaturen in kleine parels worden gesmolten. Deze kralen hebben een zeer hoge pletweerstand en zijn daarom geschikt als proppant. Het soortelijk gewicht van de korrels en hun grootte kunnen worden aangepast aan de viscositeit van de hydraulische breekvloeistof en aan de grootte van de breuken die zich naar verwachting in het gesteente zullen ontwikkelen. Gefabriceerde steunmiddelen bieden een brede selectie van korrelgrootte en soortelijk gewicht in vergelijking met een natuurlijk steunmiddel dat bekend staat als frac-zand. Frac-zand wordt momenteel gebruikt in plaats van gefabriceerde steunmiddelen omdat het een kosten- en transportvoordeel heeft.

Bekijk de video: Fracking Facts: Benefits of Frac Sand Mining (Oktober 2020).