Кварцевый песок: новый источник нефти для промышленности

Кварцевый песок: новый источник нефти для промышленности

В связи с ростом доли трудноизвлекаемых запасов нефтегазодобывающие компании в последние годы активно развивают освоение скважин методом многостадийного гидравлического разрыва пласта по технологии Plug&Perf, Sandstorm. Данные технологии активно применяются на территории США для добычи сланцевой нефти, в качестве расклинивающего агента. При этом в 90% случаев применяется кварцевый песок.

Применение данной технологии требует использования больших объемов мелкофракционных расклинивающих материалов (фракции 20/40, 30/50 и 40/70, что примерно соответствует фракциям 0,4 – 0,8 мм, 0,3 – 0,6 мм и 0,2 – 0,4 мм).

Использование в технологии Plug&Perf кварцевых песков в качестве расклинивающих агентов обеспечивает значительный экономический эффект за счет низкой стоимости по сравнению с керамическим пропантом. Стоимость кварцевого песка существенно ниже, но при этом продукт должен соответствовать минимально допустимым значениям технических характеристик.

Разведанные трудноизвлекаемые запасы углеводородов в России выросли на 30% за последние 9 лет, ежегодный прирост в среднем 3% и составляет 65% от всех разведанных. Государство принимает меры стимулирования инвестиций в разработку трудноизвлекаемых запасов. Рентабельная добыча на данных участках возможна лишь с применением новых технологий, одна из таких технологий - высокорасходный многостадийный ГРП с применением кварцевого песка в качестве расклинивающего агента.

В 2016-2021 г.г. нефтегазовые компании использовали песок для экспериментальных операций ГРП в количестве не более 500-800 тонн в год. В 2022 г. потребность кварцевого песка составила 30 000 тонн, а в I квартале 2023 г. уже 18 000 тонн.

Крупная фракция песка 20/40 особенно востребованная в данной сфере. Но, во-первых, залежи крупной фракции достаточно ограничены, а во-вторых, сопротивляемость при раздавливании более мелких фракций выше. По этим причинам пески фракции 40/70 (что соответствует 0,2 – 0,4 мм) становятся все популярнее для использования в ГРП процессах.

На данный момент на территории РФ не существует единых технических требований к основным физико-химическим свойствам песков ГРП, так как технология в РФ относительно новая, а стандарт API с требованиями к песку ориентирован на геологические условия США. Однако, основными показателями являются однородность песка (массовая доля основной фракции должна быть выше 90%), сопротивление при раздавливании при 6000 psi и долговременной проводимости при 6000 psi.

В целях определения перспективных песков для проведения операций ГРП были отобраны образцы с месторождения ООО «Кварцверке Ульяновск».

Результаты тестирования приведены ниже.

Следует отметить высокий процент содержания основной фракции (более 95%), а также неплохую долговременную проводимость при 6000 psi. Кварцевый песок не в силах заменить керамический пропант в глубоких и сложных скважинах, однако сможет стать хорошей альтернативой для неглубоких и средних скважин.

Следующий шаг – это осмоленные пески (с полимером на поверхности). Более подробно о данной технологии мы расскажем вам в следующих статьях.

Вас заинтересовала тема? Обратитесь к нашим специалистам, чтобы получить больше информации!

Связанные вопросы и ответы:

Что такое кварцевый песок

Самым ценным считается белый кварцевый песок, что означает высокое содержание в нем кремния. Внешний вид песка зависит от качества его обработки.

По типу залегания кварцевый песок может быть первичным, вторичным и в виде кварцевых жил. От этого зависит способ добычи.

Первичный песок имеет в составе кроме зерен кварца еще и белую глину. Считается, что этот вид может в течение миллионов лет не менять своей структуры и не терять свойств.

Производство песка проходит в несколько этапов:

• Добыча на месторождении и транспортировка;
• Дробление крупных включений и очистка от металлических примесей методом магнитной сепарации;
• Мокрая очистка для удаления органических соединений;
• Прокаливание при температуре около 1000⁰С.

Вторичный песок – более чистое сырье, поскольку глина из его состава частично вымывается еще до добычи, естественным способом. Месторождения его чаще находятся в руслах пересохших рек.

Его добывают открытым способом, просто загребая экскаватором, или закрытым – откачивая мощным насосом рыхлую породу прямо со дна рек или озер.

На производстве песок очищают от посторонних примесей и просушивают, а затем разделяют на фракции.

Фракции кварцевого песка – это размер песчинок.

Процесс очистки ведет к удорожанию производства и повышению стоимости готового материала.

Кварцевые жилы – это монолитные скопления кварца. Для их добычи забуриваются под землю иногда на несколько километров. Поэтому для их разработки оборудуют карьеры и шахты.

Материал откалывают, дробят на спец установках и получают смесь из частиц разного размера. При помощи вибросита их разделяют по размеру. Так получается кварцевый песок высшего качества.

В России насчитывается 65 мест добычи, самые крупные в Московской, Свердловской, Амурской, Ульяновской областях.

Как извлекают нефть из кварцевого песка

Новая технология позволит добывать из нефтеносных песков Канады вдвое больше нефти по меньшей цене и с минимальным воздействием на окружающую среду. В результате мировой рынок нефти может измениться.

Канада богаче нефтью, чем Саудовская Аравия . Разведанные запасы способны десятилетиями обеспечивать нефтепродуктами экономику такого крупнейшего потребителя, как США .

Единственная причина, которая сдерживает развитие добывающей отрасли в северной стране – более высокая стоимость разработки месторождений. Мировая цена нефти должна быть не ниже 50–60 долл. за баррель, чтобы инвесторы вложились в производство.

Корпорация N-Solv придумала, как удвоить добычу нефти из песка, сделав ее при этом более дешевой и менее экологически вредной. На развитие технологии канадское правительство выделило 10 млн долл.

Пески содержат не чистую нефть, а в основном битумы (отсюда их второе название «битуминозные пески»). Традиционный способ добычи в основном состоит из выкапывания неглубоко залегающего песка и пропускания сквозь него нагретой природным газом воды, чтобы разделить песок и нефть. Второй метод предполагает закачку пара вглубь пласта, чтобы разделять их еще внизу.

Но энергетические затраты на нагрев воды и вред от выброса парниковых газов таковы, что вызывают серьезное беспокойство как у экономистов, так и у экологов.

Процесс N-Solv требует меньше энергии, поскольку в нем используется природный растворитель, а не пар для освобождения нефти. Растворитель, например пропан, нагревают до невысокой температуры (около 50 ° С) и вводят в нефтеносный песок.

Растворитель разлагает битум, самые тяжелые компоненты битума остаются под землей, а более легкая нефть и растворитель, пригодный для повторного использования, поднимаются наверх. Кроме того, масса получается менее вязкой, чем при традиционном подземном способе, и ее можно сразу транспортировать по путепроводу.

Новый процесс требует гораздо меньше энергии, следовательно, он значительно дешевле. По мнению члена совета директоров N-Solv Мюррея Смита, эта технология будет выгодной даже при цене нефти 30–40 долл. Именно снижение затрат позволит извлечь из песков вдвое больше нефти. А уменьшение выбросов парниковых газов оценивается в 85%.

Идея использовать растворители для добычи нефти из песка была предложена в 70-е годы, но не реализована из-за неудовлетворительной скорости процесса. N-Solv решила эту проблему, применяя горизонтальное бурение для увеличения площади контакта битума с растворителем и используя очищенный пропан (как выяснила компания, примеси метана в нем негативно влияют на процесс).

В настоящее время N-Solv приступила к выполнению пилотного проекта по добыче 500 баррелей нефти в день.

В каких странах добывают нефть из кварцевого песка

Кризис в нефтяной и газовой промышленности, вызванный пандемией COVID-19, привел к сокращению объемов деятельности американских сланцевиков. Замедление процессов бурения вынудило три североамериканских компании, занимающиеся добычей кварцевого песка, используемого для проведения гидроразрыва пласта (ГРП-песок), обратиться в суд с заявлением о защите от банкротства. И это только за последние пять недель.

Фирма Hi-Crush Inc. из Хьюстона подала заявление в минувшее воскресенье. Компания попросила суд защитить ее от кредиторов на период реорганизации, как это позволяет сделать 11 глава кодекса о банкротстве США.

Объявленная реорганизация потребовалась в рамках достигнутого руководством компанией соглашения с 94% держателей ценных бумаг Hi-Crush.

Фирма хоть и владеет активами на $953 млн, однако имеет серьезные долги почти на $700 млн. После реструктуризации долга, как заявил генеральный директор Роберт Расмус, предприятие сможет улучшить свой баланс и увеличить финансовую гибкость в долгосрочной перспективе. Компания стала третьей в США, заявившей о возможности банкротства на фоне рекордно низкого падения цен на нефть, произошедшего в 2020 году и резкого сокращения спроса, вынуждающего многих производителей нефти и газа закрывать шахты.

Аналогичное заявление в суд подала и фирма Covia, расположенная в штате Огайо. Компания также стремится избавиться от долгов и накопившихся издержек на сумму более $1 млрд.

Covia занимается поставками минерального сырья для нефтегазовой отрасли.

Глава фирмы Ричард Наварре отметил, что процедура реструктуризации позволит продолжить деятельность в привычном режиме, выплачивая зарплаты работникам.

Резервы наличности, которые имеет предприятие, составляют около четверти миллиарда долларов. Уже во время проведения первых слушаний судья Дэвид Джонс вынес постановление, что эти деньги фирма сможет использовать как для финансирования текущих расходов, так и для проведения необходимых при банкротстве процедур.

Эксперты обращают внимание, что рыночная капитализация предприятия сильно упала за последнее время. Сейчас она составляет около $63 млн. Для сравнения, в мае 2018 года аналитики оценивали капитализацию в $3 млрд.

В самом заявлении представители компании указали общую оценку активов и пассивов в диапазоне от $1 млрд до $10 млрд.

Третьей компаний, инициировавшей собственное банкротство, стала форт-уортская Vista Proppants. У нее накопились долги на $394 млн, которые не удалось оперативно погасить.

Фирма Vista Proppants & Logistics LLC также занималась производством и реализацией ГРП-песка. Она работала в сотрудничестве с двумя инвестиционными компаниями – First Reserve Corp. и Ares Capital Corp.

Для транспортировки и доставки продукции до потребителя компания использовала железнодорожные вагоны, аренда которых стала нерентабельной на фоне экономического кризиса.

Теперь у фирмы есть возможность пройти реструктуризацию и повысить рентабельность бизнеса.

Какие компании занимаются добычей нефти из кварцевого песка

Специалисты разделяют нефть на «традиционную» и «трудноизвлекаемую». Традиционные месторождения нефти выявляются в тех случаях, когда рядом с нефтеносным геологическим пластом есть так называемый коллектор. Это горная порода с хорошей нефтепроницаемостью, через которую нефтяная смесь может двигаться — как жидкость сквозь пористую губку. Как правило, сверху коллектор запирается «пробкой», породой с большей плотностью и меньшей проницаемостью. Чтобы добраться до нефти, эту пробку необходимо пробить. Метод добычи черного золота путем бурения вертикальных скважин в коллекторах известен еще с позапрошлого столетия.

Какие продукты производят из нефти кварцевого песка

Битумные пески представляют собой смесь песка и глины, пропитанную битумом. Согласно современным теориям образования нефти, все ископаемые углеводороды, будь то природный газ, нефть или битумные пески, образуются в результате преобразования погребенных под землей растительных остатков. Битумы представляют собой более тяжелые и вязкие углеводороды, лишившиеся летучей фракции. По своему химическому составу они также несколько отличаются от нефти. Основным компонентом битума являются асфальтены, которые из-за своей вязкости при обычной температуре существуют в твердом состоянии. Месторождения битуминозных песков представлены в природе, как правило, в виде пластов, лежащих на небольшой глубине, и поэтому возможна их добыча открытым способом.

Одно из крупнейших месторождений битуминозных песков в мире расположено на юго-западе Канады, в провинции Альберта. В трех месторождениях на этой территории содержится до 70% всех мировых запасов. Добыча битумных песков ведется здесь открытым способом с 2003 года. Для того, чтобы добраться до пластов с полезными ископаемым, добывающие компании вырубают лес, который растет на поверхности. Гигантские по площади территории очищают от растительности и верхнего слоя грунта. Но эти бедствия не идут ни в какое сравнение с самим процессом добычи нефти из битумных песков. Для того, чтобы отделить битум от породы, через битумный песок пропускают нагретый водяной пар, который делает его более жидким. В результате добычи нефти подобным способом образуется большое количество отходов: пруды-отстойники с токсичной жидкостью, отвалы пустых пород, загрязненных углеводородами и тысячи квадратных километров территории, непригодной для жизни людей и животных. В опасных нефтесодержащих разливах ежегодно гибнут сотни птиц, а нефтедобывающие заводы Альберты выбрасывают в атмосферу тонны парниковых газов ежегодно.

Какие преимущества имеет нефть кварцевого песка по сравнению с традиционной нефтью

Александр НОСКОВ
Заместитель директора по науке, д. т. н., профессор, ФИЦ «Институт катализа СО РАН»

Максим КАЗАКОВ
Ученый секретарь, с. н. с., к. х. н., ФИЦ «Институт катализа СО РАН»
e-mail: kazakov@catalysis.ru

К нетрадиционным ресурсам углеводородов относятся ресурсы, залегающие в сложных геологических условиях, освоение которых нуждается в применении новых методов и способов их разведки, добычи, переработки и транспортировки с учетом геолого-­технических, экономических, социальных и экологических факторов . В таблице 1 приведена классификация основных видов нетрадиционных (трудноизвлекаемых) нефти и газа, представленная в .

Отношение ресурсов природного газа/сланцевого газа/метана угольных пластов составляет 1:1:1 и оценивается по каждому из источников примерно в 200 трлн кубометров. Гораздо больший потенциал углеводородного сырья по сравнению с традиционной нефтью кроется в ресурсах природных битумов и горючих сланцев.
Оценки показывают, что в первой половине XXI века добыча традиционной нефти в мире достигнет исторического максимума, который будет удерживаться в течение около 10 лет, а затем уровень добычи начнет снижаться . Нетрадиционное углеводородное сырье привлекает значительное внимание в качестве одного из наиболее очевидных источников для расширения сырьевой базы нефтеперерабатывающих предприятий. Это связано, прежде всего, с истощением запасов традиционной нефти с одной стороны, и ростом спроса на высококачественные нефтепродукты с другой стороны. Кроме того, суммарное содержание углеводородов в нетрадиционных источниках существенно превышает суммарные запасы традиционных нефтей (см. таблицу 2) .

Суммарные мировые запасы углеводородов нефтяного направления оцениваются в 1,7–1,8 трлн тонн, причем, доля традиционной нефти в этом пуле не превышает 10–12 %. Вовлечение в производство источников нетрадиционного углеводородного сырья осложняется относительно низким соотношением водород/углерод в их органической составляющей (см. рис. 1) .Далее приведем характеристики, оценки ресурсов в разных регионах и направлений переработки природных битумов и горючих сланцев.

Природные битумы

Природные битумы находятся преимущественно в форме битуминозных песков. Понятие битуминозный песок обычно используется для описания песчаника, пропитанного тяжелым вязким битуминозным материалом природного происхождения, который практически неподвижен в условиях месторождения. Битуминозный песок представляет собой смесь песка, воды и битума . Тяжелый органический материал имеет очень высокую вязкость в условиях пласта и не может быть извлечен из скважины обычными методами добычи, включая применяемые в настоящее время методы интенсификации нефтедобычи . Наиболее высококачественные битуминозные пески содержат до 18 мас.% битума, который по своей консистенции может быть эквивалентен атмосферному или вакуумному нефтяному остатку.В таблице 3 приведены данные о запасах природных битумов в различных регионах мира .