Низкоплотностный проппант из керамзита

Когда слышишь ?низкоплотностный проппант из керамзита?, первое, что приходит в голову многим – это лёгкий, дешёвый заменитель классических керамических или песчаных проппантов. Но здесь кроется главный подвох. Лёгкость – да, но не синоним слабости. И уж точно не панацея для любого пласта. В своё время мы тоже наступили на эти грабли, думая, что главное – снизить давление закачки и всё само пойдёт. Реальность, как обычно, оказалась сложнее.

Что на самом деле скрывается за ?лёгкостью? керамзита

Керамзитовый гравий как сырьё – материал не новый. Его пористая структура, полученная при обжиге, изначально определяет низкую кажущуюся плотность, обычно в районе 1.2–1.6 г/см3. Это его главный козырь. В теории это позволяет создавать более протяжённые и разветвлённые трещины ГРП при меньших давлениях, особенно в низкопроницаемых или истощённых коллекторах, где важен не столько абсолютный расклинивающий эффект, сколько площадь контакта.

Но вот где собака зарыта: эта же пористость – ахиллесова пята. Прочность на сдавливание. Стандартные тесты в 10 000 psi для многих марок керамзитового проппанта – это критический порог. При высоких пластовых давлениях, особенно на глубинах свыше 2500 метров, он может начать дробиться, создавая мехпримесь, которая забивает проводящие каналы. У нас был случай на одном месторождении в Западной Сибири – заложили стандартный расчёт, а после анализа работы скважины увидели резкий спад продуктивности. Вскрытие ствола показало, что проппант просто ?спекся? в монолитную низкопроницаемую массу. Ошибка была в том, что не учли аномально высокое пластовое давление и агрессивную среду.

Поэтому сейчас ключевой фокус – не на самой лёгкости, а на создании сбалансированного продукта. Нужно добиться, чтобы пористая сердцевина обеспечивала низкую плотность, но при этом внешний слой или сама структура гранулы прошли дополнительное упрочнение. Некоторые производители, например, ООО Тунчуань Хэншэн Технологии и Материалы, идут по пути создания композитных решений. На их сайте https://www.tchskjcl.ru указано, что их ключевой продукцией является высокопрочный проппант. Хотя напрямую про керамзит они могут не писать, логика подсказывает, что их R&D вполне может быть направлен и на модификацию низкоплотностных материалов, ведь рынок требует комплексных решений.

Полевые испытания и ?подводные камни? логистики

Лабораторные данные – это одно, а полигон – совсем другое. Отработку низкоплотностного керамзитового проппанта мы начинали с небольших, так называемых ?пилотных? ГРП на скважинах с низким пластовым давлением. Основная цель – оценить реальную транспортируемость суспензией и поведение в трещине.

Первое, с чем столкнулись – это гигроскопичность материала. Керамзит, особенно мелких фракций, имеет свойство активно впитывать влагу из воздуха. Хранили его на складе в обычных биг-бэгах, без должного контроля влажности. К моменту загрузки в установку ГРП часть материала уже набрала вес, что исказило все расчёты по плотности суспензии. Пришлось срочно менять логистику: вакуумная упаковка, силикагелевые пакеты-поглотители в каждой партии и жёсткий контроль климата на складе.

Второй момент – абразивность. Несмотря на кажущуюся хрупкость, керамзитовые гранулы в потоке под высоким давлением здорово ?точили? элементы насосно-компрессорных труб и арматуры смесительного агрегата. Износ был выше, чем при работе с классическим кварцевым песком. Решение нашли в оптимизации геометрии гранул (уменьшение угловатости) и применении более износостойких сплавов в ключевых узлах оборудования. Это, конечно, добавило копеечку к операционным расходам.

Экономика вопроса: когда он действительно выгоден

Вот здесь многие заказчики спотыкаются. Видят цену за тонну ниже, чем у керамического проппанта, и сразу хватаются. Но итоговая экономика считается не на старте, а на финише – по дебиту скважины после ГРП и по сроку стабильной работы.

Наш опыт показал, что низкоплотностный проппант из керамзита экономически оправдан в нескольких четких сценариях. Первый – это низкопроницаемые песчаники или алевролиты с низким градиентом давления. Тут его способность создавать широкую сеть тонких трещин раскрывается полностью. Второй сценарий – повторные ГРП (рефраки) на старых скважинах, где нужно щадящее воздействие на обсадную колонну и цементное кольцо. И третий – комбинированные проппантные схемы, где керамзит используется как ?передовой? легкий агент для раскрытия дальних зон, а следом закачивается более прочный материал для расклинивания устья трещины.

Если же говорить о глубоких, высоконапорных пластах или формациях с высокой долей глинистого материала, которые склонны к набуханию, то здесь ставка на чистый керамзит – это игра в русскую рулетку. Риск измельчения и кольматажа слишком велик. В таких случаях мы всегда рекомендуем гибридные решения или отказ в пользу проверенных высокопрочных проппантов, подобных тем, что производит ООО Тунчуань Хэншэн Технологии и Материалы. Их опыт в создании прочных материалов может быть критически важен для модификации базового керамзита.

Будущее материала: куда двигаться?

Сейчас вижу тренд не на отказ от керамзита, а на его глубокую модификацию. Просто сырой обожжённый гравий – это вчерашний день. Будущее – за инженерными проппантами на его основе.

Одно из перспективных направлений – это проппанты с полимерным покрытием. Полимер не только скрепляет поверхность, повышая прочность на сдавливание до 12-14 тыс. psi, но и может быть ?умным?. Например, быть термочувствительным и менять свойства в пласте, или иметь гидрофобную оболочку, отталкивающую пластовую воду и тем самым снижая эффект водоблокирования. Мы пробовали несколько экспериментальных партий с покрытием на основе смол. Результаты обнадёживали, но стоимость производства пока что кусается.

Другое направление – это создание композитов, где керамзит выступает лёгким сердечником, а его оболочка – это спечённый высокопрочный керамический или даже металлокерамический материал. Технологически это сложно, но такие гранулы могли бы сочетать преимущества обоих миров. Информация с сайта tchskjcl.ru о фокусе на высокопрочные решения наводит на мысль, что подобные гибридные разработки могут уже вестись или как минимум рассматриваться серьёзными игроками рынка.

Выводы для практика

Так что же, низкоплотностный проппант из керамзита – это тупик? Вовсе нет. Это узкоспециализированный, но мощный инструмент в арсенале инженера ГРП. Его нельзя применять везде подряд, слепо веря в магию низкой плотности.

Главный вывод, который мы для себя сделали: успех на 90% зависит от предварительного анализа керна и пластовых условий. Без точных данных о прочности породы, закрывающем давлении, минералогии и составе пластовых флюидов – это стрельба из пушки по воробьям. Материал требует кастомизации под конкретную задачу.

И конечно, нельзя работать в вакууме. Нужно следить за разработками лидеров отрасли, таких как упомянутая компания. Потому что следующий шаг в эволюции низкоплотностного проппанта из керамзита, скорее всего, будет связан не с добычей сырья, а с высокими технологиями его обработки и упрочнения. А это как раз область, где сильны специализированные производители проппантов.