フラックスケーシングにおけるプロッパントの動きは確実に確立されていますが、シェール油井にとってそれは実際にどれほど重要なのでしょうか？

コロラド州フランクタウンのアナダルコで、水圧破砕作業で砂と混合した水を汲み上げる。

プロパントは、フラッキング作業中にフラックス流体が注入された砂サイズの粒子で構成されています。 シェールオイルやガス井では、フラク流体は通常、フラクのポンプ圧を下げるために摩擦低減剤（石鹸など）が添加された水です。 プロパントの目的は、水圧破砕が停止し、上昇した圧力が消えた後に、貯留層内で誘発された亀裂が閉じるのを防ぐことです。

シェールオイルやシェールガスの井戸では、使用されるプロパントは100メッシュの砂と40～70メッシュの砂を混ぜたもので、これらの粒子はどちらも直径1ミリメートル未満です。 このように小さい砂の粒径は、水圧破砕作業によって作られる亀裂網内の狭い亀裂を砂が通過するために必要である。 より大きな砂はネットワークを塞ぎ、注入できなくなる可能性があることがシェール革命の初期に判明した。

通常、シェールの水平坑井は長さ 2 マイルで、40 回の別々のフラッキング作業またはステージで汲み上げられます。 各ステージの長さはおよそ 250 フィートで、金属ケーシングには 10 ～ 20 個の穴のクラスターが含まれており、各クラスターにはいくつかの穴があります。 理想的には、水平ウェルにこれらの穴が完全に開けられています。

プロパント粒子の流路はわかりにくい。 まず、穀物はケーシングに沿って流れて穴に入るように直角に曲げる必要があります。 次に、複雑な破壊形状に直面します。おそらく、木の幹が枝に広がり、さらに小枝になるように、主要な破壊が副次的な破壊に分岐することになります。

プロパント粒子はこれらの亀裂すべてに入ることができるでしょうか、それとも一部の亀裂は狭すぎるのでしょうか? 40～70 メッシュの砂粒では狭い亀裂に押し込むことができない場合でも、100 メッシュの砂粒では押し込むことができる場合があります。

粒径が 100 メッシュ未満のプロパントを使用することによって石油とガスの生産が改善されたことが文書化されており、小さなプロパント粒子であっても、より小さな亀裂に入れて、石油やガスの分子の流れにさらされた状態に保つことが価値があることを示唆しています。 そのようなプロッパントの 1 つは DEEPROP と呼ばれます。

ケーシングからのプロパント流出の新しいテスト。

最近、ケーシング自体、つまりフラック流体を排出するために穴が開けられた短い水平ケーシングを通るプロパントの流れを調査する新しいテストがいくつか行われました。 これは地下テストではありません。配管は地表の浴槽の上に置かれ、その浴槽はプロパントと穿孔から出る流体を収集します。

多数のオペレーターがこのプロジェクトを支援し、異なる穿孔料金、デザイン、方向性を持つさまざまなパーフクラスターが使用されました。 さまざまなポンプ速度、プロパントのサイズ、砂の品質が研究されています。

テスト用のハードウェアは可能な限り現実的なものでした。 ケーシングは、穿孔直径と同様に 5.5 インチ標準でした。 ポンプ速度は 90 bpm (バレル/分) と高く、これまでプロパントの動きのテストでは使用されたことがありませんでした。

長さ約 200 フィートのパイプに沿ってさまざまなクラスターに穴を開けることにより、単一の破砕ステージがテストされました。 各パーフクラスターには独自のシュラウドがあり、捕捉された流体とプロパントを独自のタンクに誘導するため、それらを測定できました。

結果は、2 つの異なるクラスター セット、つまり各クラスターに 6 つのパフォーマンスを持つステージ内の 8 クラスター、または各クラスターに 3 つのパフォーマンスを持つステージ内の 13 クラスターについて表示されました。 試験者は、90 bpm でポンプで送られる油膜水によって運ばれる 40 ～ 70 メッシュの砂または 100 メッシュの砂を使用しました。

これらの SPE 論文は、プロッパントがパーフ クラスターを通って浴槽内に逃げ出すのが不均一であることを報告しています。

· 一部のプロパント物品、特に 40 ～ 70 メッシュのような大きなメッシュ サイズのものは、最初のクラスターの穿孔を通過して、その段階にさらに進むまで地層に入りません。 これらの大きな粒子はより多くの運動量を持っています。

· 100 メッシュなどの小さなプロパント粒子は、より均一にクラスターの穿孔に入ります。

· ケーシング上部のクラスターごとに 1 つの穿孔のみを使用して、エントリーを制限した設計が開発されました。

· 特に大型のプロパントの場合、ケーシング底部の穿孔が過剰なプロパントを引き付け（重力効果）、侵食によって拡大する可能性があるため、フラクステージに沿ってさらにクラスター穿孔に到達するプロッパントが少なくなります。

ケーシングからのプロパントの出口が不均一です。

すべてのテストで、プロパント出口の分布が不均一であることが明らかになりました。 この表は、クラスターから出る最大のプロパントとクラスターから出る最小のプロパントの比率 (つまり、最大のプロパント: 最小のプロパント)、および 2 番目に大きいプロパント: 2 番目に低いプロパントを示しています。 これらの比率は不均一性の代用値です。比率が大きいほど不均一な分布が多くなり、その逆も同様です。

穿孔クラスターを通ってケーシングから出るプロパントの表面テストの結果。

結果は、どちらのクラスター シナリオでも、40 ～ 70 メッシュのプロパント (比率が大きい) は 100 メッシュのプロパント (比率が低い) よりも均等に分布していないことを示しています。

報告書によって与えられた解釈は、100 メッシュのプロッパントと比較して、40 ～ 70 のプロッパントの多くは砂粒子が大きく重いため、その勢いによって初期のパーフ クラスタを通り過ぎてから、後のパーフ クラスタに排出される傾向があるというものです。 。

目標は水圧破砕の 1 段階ですべての穿孔クラスター全体にプロッパントを均等に分散させることであるため、これはあまり理想的ではありません。 しかしここで、これがどれほどの違いを生むのかという大きな疑問が生じます。

課題は、プロパント出口の分布がより均一になるように手順を最適化することです。 レポートから、テスト結果は数値流体力学モデル (SPE 209178) に組み込まれています。 このアプローチは、StageCoach と呼ばれる破砕勧告プログラムに組み込まれています。

一方、報告書は、「ケーシング内のプロパントの不均一な流れは、地層の変動や応力の影と同じくらい重要である可能性がある」と述べています。 これについてさらに詳しく見てみましょう。

シェール生産変動のその他の原因。

本当の問題は、プロパントの不均一な分布がシェールオイルとシェールガスの生産にとってどれほど重要なのかということです。

シェールオイルおよびシェールガス井の変動が大きいことが文書化されています。 たとえば、典型的な長さ 4000 ～ 5000 フィートのバーネット頁岩の水平坑井では、下位 10% の坑井の生産量が 600 Mcfd 未満であるのに対し、上位 10% の坑井の生産量は 3,900 Mcfd 以上です。

シェールオイルまたはシェールガスの流量の大きな変動に寄与する要因が他にもいくつか知られています。

水平坑井の長さと坑井の方向がばらつきを取り除くために正規化される場合、フラクステージ、プロッパントのサイズ、およびプロッパントの量は一次効果とみなされる可能性があります。 これらの一次効果は、より成熟したシェール事業において優先され、最適化されてきました。

次に、頁岩の自然な亀裂、現場の応力、頁岩岩の破壊性などの地質学的特性があります。 これらは定量化することがはるかに難しいため、二次的な影響とみなされます。 これらの変動の原因を最小限に抑えるための取り組みには、水平坑井の検層、水平坑井に沿った亀裂の広がりや局所的な地質との相互作用を測定するための光ケーブルや音響機器、あるいは微小地震探知機の設置などが含まれます。

これらの変動要因に対して、ケーシング出口の分布とプロッパントの均一性は、地質や水平坑井に沿った応力変化などの他の二次効果と同等の重要性があると考えられます。 バーネットシェールで観察されたような、ケーシング出口の均一性が 600 Mcfd と 3,900 Mcfd の間の生産変動を説明できる方法はありません。

これを別の言い方で言うと、重要なことは、プロパントをほとんどのパーフ クラスターから出て、作成された亀裂に入れることです。 これは、100 メッシュまたは 40 ～ 70 メッシュ (および多くの場合両方) の非常に小さなプロパントをポンプで汲み上げ、特定のシェール層の作用に合わせてプロパントの濃度と量を最適化することによって達成されています。

これは、過去 20 年間のシェール革命における目覚ましい成功により達成された目標の 90% です。 そのため、新しい表面試験からは、穿孔クラスター間でのプロパント出口のわずかな変動が石油やガスの生産に一次影響を与える可能性があることを確認するのは困難です。

しかしおそらく、このプロジェクトの他のテスト、別のテストの結果によって、シェール生産に対するより重大な影響が明らかになるでしょう。