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水力压裂VS水源保护 安全环保型覆膜砂应运而生

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如今,北美石油的繁荣离不开水力压裂技术,因为这一技术能够高效的将岩层中连通性较差的油气开采出来。在过去的几年间,水力压裂技术在环境保护方面潜在的不利影响越来越受到大家的广泛关注。由于水力压裂将成为国内能源可持续发展的技术战略,各企业应该积极主动的通过对环保技术的调研和开发,来解决这些环境问题。接下来讲述的就是一种首例环保型覆膜砂。

支撑剂的重要性

行业上按照不同的井深将井分为三类:浅井、中深井和深井。充填通常应用于浅井和中深井。覆膜砂对于三种井深的井都能使用,而陶粒砂砂则多适用于中深井和深井。有些公司在供给短缺时不论何种材料都用来做支撑剂。更有甚者,有些公司为了降低成本,会使用一些能够起到一定作用的劣质支撑剂。石油圈原创www.oilsns.com

陶粒砂之所以独一无二是因为它比较坚硬、抗粉碎。陶粒砂的形状为圆形,一般来说,为了节约将其运输到钻井现场的成本,就必须要考虑地点和距离,这也是总体成本的最大支出,据估计,其运输费用约占总成本的70%。

常见的陶粒砂目数为16/30目,20/40目,30/50目,40/70目和50/140目(或俗称100目)。陶粒砂的目数是按照陶粒砂可通过的筛网的目数而定的。例如,20/40目陶粒砂是指90%的颗粒可通过20至40目的筛网。通用的等级为20/40目,一般情况下,直径越大的陶粒砂价格会越高。陶粒砂是最常用的支撑剂。石油圈原创www.oilsns.com

覆膜砂的优势

覆膜砂技术已经应用几十年,在工业中使用的两种主要类型的覆膜砂分别是可固化树脂覆膜砂和固化树脂覆膜砂。可固化树脂覆膜砂能够发生反应并且与其它的覆膜砂颗粒结合,而固化覆膜砂则不具有这种能力。固化覆膜砂具有较高的抗压性,而且与压裂液发生反应的概率更小,因为树脂已充分固化。可固化性树脂没有充分固化,并可能会与压裂液发生反应,但正是由于这种特性可使得它能够与其他覆膜砂颗粒相结合。因此可固化覆膜砂是最优的选择。

公司购买支撑剂时,其实购买的是支撑剂之间的空间。研究表明如果地层中产生5%的粉末就可能降低60%的传导率。可固化覆膜砂具备一个最佳的性能:它能够在地层中与其他砂粒相结合。这种地下的固化作用消除了支撑剂回流的问题:被泵入到井内的支撑剂会回流到地表,如果有大量的支撑剂回流至地表,就可能会导致集成设备的损坏。

酚醛树脂覆膜砂

水力压裂过程中使用的大多数覆膜砂是酚醛树脂覆膜砂。这种类型的化学材料已使用了数十年,因为酚醛树脂能够提供覆膜砂所需的特性和属性。井筒内的环境是比较恶劣的:高温、潮湿、高压等环境,能够适用于井筒环境的化学品和工艺技术少之又少。石油圈原创www.oilsns.com

然而,不幸的是,酚醛树脂覆膜砂可能会滤出有害的化学物质,这些物质可能会达到蓄水层并污染水源,那么人类赖以生存的水源就会被严重污染。由于酚醛树脂会滤出甲醛和苯酚,而甲醛是众所周知的致癌物,现在很多工厂已经禁止使用这一化学材料。苯酚是一种诱变剂,可能会导致先天畸形。许多行业的产品都需要检测这些有害化合物的含量,以确保人们的安全。

同样不幸的是,水力压裂工业目前还尚未全面披露化学品和覆膜砂的加工使用过程中可能存在的潜在危险,但是,随着越来越大的压力施加到该领域,其存在的危害最后都会一一揭露。

聚氨酯化学品

新的覆膜砂技术以聚氨酯化学品为基础-这种材料与厨房餐桌的涂层属于同一种。为了能够让行业接受这个新技术,它必须达到甚至超过当前正在使用的超过酚醛树脂的性能。聚氨酯覆膜砂具有优异的抗破碎强度,较好的传导率和优于其他支撑剂的回流控制的能力。举个例子,40/70目的聚氨酯覆膜砂的强度是其他支撑剂的1.3倍左右。与酚醛树脂覆膜砂相比,这种新的覆膜砂具备同样高的传导率和渗透率。这种涂层的覆膜砂适合于中深和深水井。

低温覆膜砂

最近新推出的一种覆膜砂将会在业内产生一定的影响。由于浅井的温度通常比较低,而在低温条件下,树脂覆膜砂的固化就会遇到问题。要想制造出一种能够在低至90华氏度的井筒温度下进行固化同时在仓库进行存储或在炎热天气进行运输时仍能保持稳定的覆膜砂,是一个非常大的挑战。

新型的低温可固化覆膜砂在温度低至90华氏度时的回流控制效果仍然较好,且不需要任何激活剂。大多数的低温覆膜砂即使使用过量的活化剂,其在低温下的回流控制效果也不太好。并且新的涂层工艺(不会对自来水产生污染)足够环保,能够保证自来水达到饮用的条件。对此覆膜砂进行测试,将其置于水中煮沸之后,自来水可以达到安全饮用的条件。而对于其他大多数的酚醛树脂覆膜砂而言,情况就大为相同,它们通常会滤出一定量的甲醛和苯酚。

更安全的替代产品

在聚氨酯涂覆技术研发之前,没有更安全的替代产品。这种新的替代产品(聚氨酯覆膜砂)与酚醛树脂覆膜砂相比,各方面的性能相同甚至效果更佳。同时,这种产品具备更好的环保性。在北美,水力压裂对于稳定能源的产量起着至关重要的作用。需要使用水力压裂技术的各大公司有责任研发一种安全环保型的支撑剂,以保护我们子嗣赖以生存的家园。

作者/Phon Malone  译者/罗曼  编辑/魏亚蒙

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柠檬
石油圈认证作者
毕业于中国石油大学(华东),油气井工程硕士,长期聚焦国内外石油行业前沿技术装备信息,具有数十万字技术文献翻译经验。如需获取更多技术资料,请联系我们。