Gerakan Proppant Dalam Frac Casing Telah Dipaku, Tapi Seberapa Penting Sebenarnya Untuk Sumur Serpih?

Proppant terdiri dari partikel berukuran pasir yang diinjeksi dengan fluida frac selama operasi fracking. Dalam sumur minyak dan gas serpih, fluida frac biasanya air dengan beberapa peredam gesekan (seperti sabun) ditambahkan untuk menurunkan tekanan pemompaan frac. Tujuan proppant adalah untuk menghentikan rekahan yang diinduksi di reservoir agar tidak menutup setelah fracking berhenti dan tekanan yang meningkat memudar.

Di sumur minyak serpih dan gas serpih, proppant yang digunakan adalah campuran pasir 100 mesh dan pasir 40-70 mesh, dan butiran ini berukuran lebih kecil dari satu milimeter. Ukuran partikel pasir yang kecil seperti itu diperlukan agar pasir dapat dibawa melalui rekahan sempit dalam jaringan rekahan yang dibuat oleh operasi rekahan. Pasir yang lebih besar akan menyumbat jaringan dan tidak dapat disuntikkan – yang ditemukan pada hari-hari awal revolusi serpih.

Biasanya, sumur horizontal dalam shale memiliki panjang dua mil dan dipompa dengan 40 operasi atau tahapan fracking terpisah. Setiap tahap kira-kira panjangnya 250 kaki dan casing logam berisi 10-20 kelompok perforasi, dengan beberapa perforasi di setiap kelompok. Idealnya, sumur horizontal dilubangi secara menyeluruh dengan lubang-lubang ini.

Jalur aliran butir proppant sulit dipahami. Pertama butir harus membuat tikungan sudut kanan agar tidak mengalir di sepanjang casing menjadi perforasi. Kemudian dihadapkan dengan geometri rekahan yang kompleks — mungkin rekahan utama yang bercabang menjadi rekahan tambahan, seperti batang pohon yang menyebar ke cabang kemudian ranting.

Apakah proppant grain bisa masuk ke semua rekahan ini atau ada yang terlalu sempit? Butir pasir 100 mesh mungkin bisa masuk ke rekahan yang lebih sempit jika butiran pasir 40-70 tidak bisa.

Peningkatan produksi minyak dan gas dengan menggunakan proppants dengan ukuran butir lebih kecil dari 100-mesh telah didokumentasikan, dan menyarankan bahwa sangat bermanfaat untuk memasukkan butiran proppant yang sangat kecil ke dalam rekahan yang lebih kecil agar tetap terbuka untuk aliran molekul minyak atau gas. Salah satu proppant tersebut disebut DEEPROP.

Tes baru aliran proppant keluar dari casing.

Baru-baru ini beberapa tes baru telah dilakukan yang menyelidiki aliran proppant melalui selubung itu sendiri, artinya selubung horizontal pendek yang telah dilubangi untuk mengeluarkan cairan rekahan. Ini bukan tes bawah tanah — perpipaan diletakkan di atas bak di permukaan dan bak mengumpulkan proppant dan cairan yang keluar dari perforasi.

Sejumlah besar operator telah mendukung proyek ini di mana berbagai cluster kinerja dengan biaya perforasi, desain, dan orientasi yang berbeda telah digunakan. Tingkat pemompaan yang berbeda, ukuran proppant, dan kualitas pasir telah dipelajari.

Perangkat keras pengujian dibuat serealistis mungkin. Casing adalah standar 5.5 inci seperti juga diameter perforasi. Kecepatan pompa mencapai 90 bpm (barel per menit), yang belum pernah digunakan dalam pengujian gerakan proppan sebelumnya.

Tahap rekahan tunggal diuji, dengan melubangi kelompok yang berbeda di sepanjang pipa dengan panjang sekitar 200 kaki. Setiap cluster kinerja memiliki selubungnya sendiri yang mengarahkan cairan dan proppant yang ditangkap ke dalam tangkinya sendiri, sehingga dapat diukur.

Hasil disajikan untuk dua set cluster yang berbeda: 8 cluster dalam satu tahap dengan 6 kinerja di setiap cluster, atau 13 cluster dalam satu tahap dengan 3 kinerja di setiap cluster. Penguji menggunakan pasir 40-70 mesh atau pasir 100 mesh yang dibawa oleh cairan slick water yang dipompa pada 90 bpm.

Makalah SPE ini melaporkan bahwa pelepasan proppant melalui kelompok kinerja dan ke dalam bak tidak merata:

· Beberapa artikel proppant, terutama ukuran mesh yang lebih besar seperti 40-70 mesh, berlayar melewati perforasi cluster pertama dan tidak memasuki formasi sampai lebih jauh di sepanjang tahap itu. Partikel yang lebih besar ini memiliki lebih banyak momentum.

· Partikel proppant yang lebih kecil, seperti 100-mesh, memasuki perforasi cluster dengan lebih seragam.

· Desain entri terbatas telah dikembangkan hanya dengan menggunakan satu perforasi per cluster di bagian atas casing.

· Khusus untuk proppant yang lebih besar, perforasi di bagian bawah casing menarik terlalu banyak proppant (efek gravitasi), dan dapat diperbesar oleh erosi, sehingga proppant yang lebih sedikit masuk ke perforasi cluster lebih jauh di sepanjang tahap frac.

Proppant keluar dari casing tidak rata.

Semua tes mengungkapkan distribusi keluar proppant yang tidak merata. Tabel menunjukkan rasio proppant terbesar yang keluar dari cluster: proppant terkecil yang keluar dari cluster (yaitu proppant maksimum: proppant minimum), serta proppant terbesar kedua: proppant terendah kedua. Rasio ini adalah proxy untuk ketidakrataan — rasio yang lebih besar berarti distribusi yang lebih tidak merata, dan sebaliknya.

Hasilnya menunjukkan bahwa proppant 40-70 mesh (rasio lebih besar) kurang merata dibandingkan proppant 100-mesh (rasio lebih rendah) – di kedua skenario cluster.

Interpretasi yang diberikan oleh laporan adalah bahwa lebih dari 40-70 proppant, menjadi butiran pasir yang lebih besar dan lebih berat, cenderung dibawa oleh momentum mereka melewati cluster performa sebelumnya sebelum keluar di cluster performa selanjutnya, dibandingkan dengan proppant 100 mesh. .

Hal ini tidak begitu ideal karena tujuannya adalah untuk mendapatkan proppant merata di semua kelompok perforasi dalam satu tahap fracking. Tetapi sekarang untuk pertanyaan besar tentang seberapa besar perbedaannya?

Tantangannya adalah untuk mengoptimalkan prosedur sehingga distribusi keluar proppant lebih seragam. Dari laporan, hasil pengujian telah dimasukkan ke dalam model dinamika fluida komputasi (SP 209178). Pendekatan ini telah dibangun ke dalam program konsultasi patah tulang, yang disebut StageCoach.

Sementara itu, laporan tersebut menyatakan bahwa “aliran proppant yang tidak seragam dalam casing sama pentingnya dengan variabilitas formasi dan bayangan tegangan.” Mari kita lihat lebih dalam tentang ini.

Sumber lain dari variabilitas produksi serpih.

Pertanyaan sebenarnya adalah seberapa penting distribusi proppant yang tidak merata terhadap produksi shale oil dan gas?

Variabilitas yang besar dari sumur minyak dan gas serpih telah didokumentasikan. Misalnya, sumur horizontal di serpih Barnett dengan panjang tipikal 4000-5000 kaki menunjukkan 10% sumur terbawah menghasilkan kurang dari 600 Mcfd sedangkan 10% sumur teratas menghasilkan lebih dari 3,900 Mcfd.

Beberapa faktor lain diketahui berkontribusi pada variabilitas luas aliran minyak atau gas serpih.

Jika panjang sumur horizontal dan orientasi sumur dinormalisasi untuk menghilangkan variabilitasnya, maka tahap frac, ukuran proppant, dan jumlah proppant dapat dianggap sebagai efek orde pertama. Efek orde pertama ini telah diprioritaskan dan dioptimalkan dalam permainan serpih yang lebih matang.

Kemudian ada sifat-sifat geologi seperti rekahan alami pada serpih, tegangan in-situ, dan frakturabilitas batuan serpih. Ini dianggap efek orde kedua karena jauh lebih sulit untuk diukur. Upaya-upaya untuk meminimalkan sumber variabilitas ini meliputi penebangan sumur horizontal, pemasangan kabel optik atau instrumen sonik atau geofon mikroseismik untuk mengukur penyebaran rekahan dan interaksi dengan geologi lokal di sepanjang sumur horizontal.

Terhadap sumber variabilitas ini, distribusi keluar selubung dan keseragaman proppant tampaknya memiliki kepentingan yang sebanding dengan efek orde kedua lainnya seperti geologi dan perubahan tegangan di sepanjang sumur horizontal. Tidak mungkin keseragaman keluar selubung dapat menjelaskan variabilitas produksi antara 600 Mcfd dan 3,900 Mcfd seperti yang diamati di Barnett Shale.

Untuk mengatakan ini dengan cara lain, hal yang penting adalah untuk mendapatkan proppant keluar dari sebagian besar cluster kinerja, dan ke dalam rekahan yang dibuat. Ini telah dicapai dengan memompa proppant yang sangat kecil, 100-mesh atau 40-70 mesh (dan seringkali keduanya) dan mengoptimalkan konsentrasi dan jumlah proppant untuk permainan serpih tertentu.

Ini adalah 90% dari tujuan yang telah dicapai dengan sukses luar biasa dalam revolusi serpih selama 20 tahun terakhir. Jadi sulit untuk melihat dari tes permukaan baru bahwa variabilitas kecil di proppant keluar dari satu ke cluster perforasi lain dapat memiliki efek orde pertama pada produksi minyak atau gas.

Tapi mungkin hasil dari tes lain, tes yang berbeda, dalam proyek ini akan mengungkapkan efek yang lebih signifikan pada produksi shale.