コンテンツ
- 油井およびガス井用の耐破砕性砂
- Frac Sandはどのように使用されますか？
- 「プロッパント」としてのFrac Sand
- どんな種類の砂？
- フラックサンド処理プラント
- Frac Sandはどこで生産され使用されていますか？
- Frac Sandのソースと価格
- 焼結ボーキサイトプロパン
フラックサンド： フラックサンド（右側）と同様の粒度の典型的なサンド（左側）の拡大図。フラックサンドの粒子サイズがより均一になり、粒子の形状が丸みを帯び、組成が均一になることに注目してください。また、平方インチあたり最大数トンの圧縮力に耐えることができる非常に強靭な材料です。この画像の粒子は、サイズが約0.50ミリメートルです。
Frac砂の生産： このチャートは、米国におけるフラックサンドの生産量の劇的な増加を示しています。米国地質調査鉱物年鑑、2005-2015年のデータ。
油井およびガス井用の耐破砕性砂
「フラックサンド」は、非常に耐久性があり、非常に丸い粒を持つ高純度の石英砂です。これは、石油産業で使用するために製造された耐破砕性材料です。水圧破砕プロセス（「フラッキング」として知られている）で使用され、石油、天然ガス、天然ガスなどの石油流体を岩盤から生成します。ほとんどのフラックサンドは、高純度の砂岩から作られた天然素材です。代替製品は、焼結ボーキサイトから作られたセラミックビーズまたはアルミニウムから作られた小さな金属ビーズです。
数千の油井および天然ガス井が水圧破砕プロセスを使用して刺激されているため、過去数年間でフラック砂の需要が爆発的に増加しています。 （生産チャートを参照してください。）1つの井戸での水圧破砕作業には、数千トンの砂が必要です。この特殊な掘削の急増は、非常に短い時間で数十億ドルのフラックサンド産業を生み出しました。 2005年から2015年の間に、石油およびガス産業で使用されるフラックサンドの量は劇的に増加しました。
Fracサンドビデオ： 高品質のフラックサンドの特性を示すUS Silicaのビデオ。
Frac Sandはどのように使用されますか？
有機質頁岩などの一部の地下岩盤には、井戸に自由に流れない大量の油、天然ガス、または天然ガス液が含まれています。岩盤には浸透性がない（相互に連結された孔隙）か、岩石内の孔隙が非常に小さいため、これらの流体が流れることができないため、井戸には流れません。
水圧破砕プロセスは、岩に割れ目を生成することにより、この問題を解決します。これは、岩に井戸を掘削し、石油を含む地帯で井戸の一部を密封し、井戸のその部分に高圧で水を送り込むことによって行われます。この水は一般に、グアーガムなどの化学薬品と増粘剤で処理されて、粘性のあるゲルを生成します。このゲルは、浮遊砂の粒子を浮遊状態で運ぶ水の能力を促進します。
地球表面の大型ポンプは、井戸の密閉部分の水圧を高め、周囲の岩石の破壊点を超えるようにします。それらの破壊点に達すると、それらは突然破壊し、水が急速に破壊に突入し、それらを膨張させ、岩の中にさらに深く広げます。何十億もの砂粒が、この突然の水の突入によって割れ目に深く運ばれます。単一のウェルを刺激するには、数千トンのフラックサンドが必要になる場合があります。
Fracサンドビデオ： 高品質のフラックサンドの特性を示すUS Silicaのビデオ。
水圧破砕： Marcellus頁岩を貫通する長さを長くするために水平掘削で建設された天然ガス井の簡略図。水圧破砕は、通常、頁岩からのガスの流れを刺激するために、井戸の水平部分で行われます。このウェル構成は、米国のシェールプレイで使用されています。
「プロッパント」としてのFrac Sand
ポンプをオフにすると、割れ目は収縮しますが、完全には閉じません。何十億というフラック砂粒によって支えられているためです。これは、閉鎖割れ目の力に耐えるのに十分な砂粒が岩に運ばれた場合にのみ発生します。
耐久性のある砂粒によって支えられた岩の新しい割れ目は、石油流体が岩から井戸に流れ込むことを可能にする細孔空間のネットワークを形成します。フラックサンドは、割れ目を支えて開くため、「プロパント」として知られています。
プロパントとして使用されている他の材料には、セラミックビーズ、アルミニウムビーズ、焼結ボーキサイトが含まれます。 Frac砂は一般に最高レベルの性能を発揮し、現在、石油産業で最も頻繁に使用されるプロパントです。
ヨルダン砂岩マップ： フラックサンドのために現在採掘されている岩盤の多くは帯水層でもあります。これにより、米国地質調査所の地下水アトラスシリーズなどの地下水研究の出版物、砂岩岩石ユニットの存在、厚さ、構造を決定するための貴重な探査文書が作成されます。このマップは、アイオワ、ミシガン、ミネソタ、ウィスコンシンの米国の地下水アトラスからのものです。ミネソタ州とアイオワ州のヨルダン砂岩の地理的範囲と厚さを示しています。このシリーズでは、他の砂岩の岩石ユニットや他の地理的領域について同様のマップが公開されています。
どんな種類の砂？
石油業界のプロパントは、非常に厳しい仕様を満たす必要があります。高品質のfrac砂の特徴は次のとおりです。
- 高純度ケイ砂
- 職務要件に完全に適合した粒度
- 乱流を最小限に抑えて水圧破砕流体で運ぶことができる球状の形状
- 閉鎖骨折の破砕力に耐える耐久性
Frac砂は、顧客の仕様に応じて、直径0.1ミリメートルから直径2ミリメートル以上のサイズの範囲で生産されます。消費されるフラックサンドのほとんどは、サイズが0.4〜0.8ミリメートルです。
セントピーターサンドストーン、ジョーダンサンドストーン、オイルクリークサンドストーン、ヒッコリーサンドストーンなどの岩盤は、フラックサンド材料の潜在的な供給源です。これらの岩石単位は、風化と侵食の複数のサイクルを経た石英粒で構成されています。その長い歴史により、石英以外のほとんどすべての鉱物粒子が除去され、非常に丸い形状の粒子が生成されました。これが、川からdrされた砂、段丘から出土された砂、またはビーチから取り除かれた砂が良い製品を生産する可能性が低い理由です。
これらの岩石ユニットが生産される場合、それらは通常、柔らかく、セメントが不十分であり、軽く風化することもあります。これにより、石英粒子の損傷を最小限に抑えながら、それらを掘削および粉砕することができます。アパラチア山脈などの地域からの高純度の砂は、岩を変形させて砂粒を弱めた構造力を受けているため、しばしばフラック砂に適していない。
ウィスコンシン州のフラック砂鉱山： ウィスコンシン州のフラック砂採掘作業の航空写真。 Frac砂は非常に特殊な製品であり、少数の砂堆積物からのみ生産できます。
Frac砂処理施設： ウィスコンシン州のフラック砂処理施設の空撮。
フラックサンド処理プラント
フラックサンドは地面から直接使用されません。パフォーマンスを最適化するには処理が必要です。採掘後、加工工場に運ばれます。そこで、微粒子を除去するために洗浄されます。
洗浄後、砂は山に積み上げられ、洗浄水が排水されます。この操作は屋外で行われ、気温が氷点上を超える時期に制限されています。砂が排出された後、空気乾燥機に入れてすべての水分を除去します。次に、乾燥した穀物を選別して、さまざまな顧客の特定のサイズの割合を取得します。
破砕に適さない砂は分離され、他の用途に販売されます。破砕作業での性能を改善するために、一部のフラックサンドに樹脂コーティングを施すことがあります。この資料はプレミアム製品として販売されます。処理後、ほとんどの砂は鉄道車両に直接積み込まれます。
いくつかの加工工場は鉱山サイトにあります。ただし、加工工場の建設には非常に費用がかかり、複数の鉱山で共有されることもあります。これらはいくつかの鉱山の中心にあり、砂はトラック、列車、またはコンベヤーによって運ばれます。
Frac Sandはどこで生産され使用されていますか？
数年前、ウィスコンシン州とテキサス州の生産者は、石油およびガス産業で使用されるフラックサンドの多くを供給していました。しかし、天然ガスとシェールオイルのブームによって引き起こされた大きな需要の急増により、多くの企業がこの製品を提供するようになりました。これらの企業の多くは、米国の中央部にあり、セントピーターサンドストーンや類似の岩盤が地表近くにあり、簡単に掘削されています。これらの地域はまた、地殻構造力が岩石ユニットの深刻な折りたたみを引き起こさず、砂粒を弱めた場所でもあります。主な地域は、中西部の州（イリノイ、インディアナ、アイオワ、カンザス、ケンタッキー、ミネソタ、ミシガン、ミズーリ、ネブラスカ、ウィスコンシン）です。
米国のほとんどの高純度ケイ砂は数十年前から知られています。それらは、ガラス製造および冶金用途に使用されてきました。フラックサンドの現在の検索は、「新しい砂のソースを発見する」ことではなく、どのソースが優れた材料を生産するかを決定することです。
Frac砂は、水圧破砕が必要な頁岩やその他の堅い岩から天然ガス、天然ガス液、油を生産するために使用されます。これらには、Marcellus頁岩、Utica頁岩、Bakken層、Haynesville頁岩、Fayetteville頁岩、Eagle Ford頁岩、Barnett頁岩、および他の多くの頁岩があります。
セントピーターサンドストーン： ミズーリ州太平洋近くで撮影されたヨアヒムドロマイトで覆われたセントピーターサンドストーンの写真。 Kbh3rdによるパブリックドメイン画像。
Frac Sandのソースと価格
北米でのフラックサンドの需要は、米国およびカナダの多くの地域で発達している多数のシェールプレイに対応して、ここ数年で急激に増加しています。米国地質調査所は、この生産のソースを報告しています。
中西部のオルドビス紀のセントピーターサンドストーンは、多くの最終用途の主要な珪砂の供給源であり、同様にフラック砂の主要な供給源でもあります。 5つの州で採掘されたセントピーターサンドストーン産のフラックサンドは、天然ガスを生産する多数の地下頁岩層への妥当な輸送距離内にあります。2011年、フラックサンドの59％が中西部で生産されました。
米国地質調査鉱物年鑑で報告されたフラックサンドの平均価格は、2010年に1トンあたり45ドルから50ドルの間でした。2011年に、平均価格は54.83ドルに上昇しました。これは、建設業界以外で販売される特殊砂の1トンあたりの平均価格35ドルよりも大幅に高くなっています。
焼結ボーキサイトプロパン
粉末のボーキサイトは、非常に高い温度で小さなビーズに融合することができます。これらのビーズは非常に高い耐破砕性を備えているため、プロパントとしての使用に適しています。ビーズの比重とそのサイズは、水圧破砕流体の粘度と、岩石に発達すると予想される割れ目のサイズに一致させることができます。製造されたプロパントは、フラックサンドとして知られる天然のプロパントと比較して、幅広い粒径と比重を提供します。 Fracサンドは、コストと輸送上の利点があるため、現在、製造されたプロパントの代わりに使用されています。