ОСАДОЧНЫЕ ПОРОДЫ

Использование песка при эксплуатации месторождений нефти и газа

Метод обработки промышленных зон в нефтяных и газовых скважинах песками был разработан в 1949 г. и с 1951 г. получил всеобщее признание . Этот метод заключается в том, что жидкость с песком в виде суспензии нагнетается через обсадные трубы скважины под высоким давлением в нефте- или газосодержащие породы. В результате такой обработки расширяются существующие отверстия в нефтеносных породах и возникают новые трещины, что увеличивает проницаемость пород, а тем самым и поток нефти или газа в направлении к буровой скважине. Жидкостью, или «несущим агентом», могут служить эмульсии и различные водные или керосиновые гели, сырая или очищенная нефть или просто вода; песок, или «закрепляющий агент», представлен отмученным и обогащенным кварцевым песком.

Назначение несущего агента, — доставить песок в нефтегазоносный пласт; назначение песка — проникать по плоскостям трещин и удерживать их открытыми после того, как удаляется несущий агент. Песок может, кроме того, расчищать, или эродировать, отверстия, через которые он проходит, но точно не установлено, оказывает ли он такое действие. Этот метод успешно применялся на нескольких тысячах скважин, как на новых, так и на старых, в которых происходило понижение отдачи нефти или газа. Поскольку считают, что такая обработка вызывает в основном образование новых трещин в нефтеносном пласте, этот метод известен как метод образования трещин, или фрэк-обработка, а также и под другими названиями.

Пески, применяемые для этих целей, должны быть высококремнеземистыми и иметь растворимость менее 5% в соляной кислоте, а также в кислотах, входящих в состав буровых растворов, и содержать как можно меньше карбонатов, силикатов и различных окислов. В большинстве случаев предпочтительны округлые зерна. Применяются пески различных гранулометрических составов, но зернистость 90% или более всех используемых в настоящее время для этих целей песков колеблется от размера отверстий сита № 20 до размера отверстий сита № 40 (т. е. от 0,84 до 0,42 мм). Однородные по зернистости пески действительно обусловливают лучшую проницаемость после внесения их в обрабатываемый пласт, чем пески с разнородными по величине зернами. В 1953 г. этот метод усовершенствовали путем проведения двух или более песледовательных обработок разными песками, причем тонкие округло-зернистые пески применяются для максимального проникновения в породы, более грубые округло-зернистые пески— для расширения трещин, а пески с угловатыми зернами— для закрепления трещин, причем последние образуют миниатюрную гравийную закладку в призабойных зонах буровых скважин и предотвращают вынос округлых песчинок обратно из трещин.

В 1955 г. для обработки трещин нефте-газоносных отложений было использовано 26 тыс. фунтов песка. В 1957 г. на одной скважине, пробуренной в формации Спрейберри в западной части штата Техас, было израсходовано на такую обработку 328 тыс. галлонов воды и 225 тыс. фунтов песка — рекордные количества для того времени.

Другие области применения песков

Абразивные пески — обычное наименование кварцевых песков, используемых для распиловки камней, матирования стекла и полировки металла, применяемых в пескоструйных машинах для очистки отливок, для удаления краски, ржавчины и пятен, а также для нанесения надписей и рисунков на камнях. Требования большей части этих видов применений нестрогие, но в общем необходимы чистые, прочные, стойкие зерна, и в большинстве случаев требуется определенный размер зерен. Требования к форме зерен различны. Например, для некоторых песков, используемых в пескоструйных машинах, предпочитаются угловатые зерна, поскольку они сильнее абрадируют обрабатываемый материал, в других случаях необходимы округлые зерна, особенно для обработки небольших отливок, так как они сохраняются дольше и дают более гладкую поверхность. «Пески» для наждачной бумаги приготавливаются главным образом из дробленого кварца или кварцита, и поэтому они не попадают в рассматриваемую категорию истинных песков.

На железных дорогах в больших количествах применяются паровозные пески (engine sand) для обеспечения большего сцепления колес локомотива с мокрыми или скользкими рельсами. Такие пески должны быть прочными, однородными по размеру и не содержать глины, чтобы они могли быстро и равномерно высыпаться. Форма зерен не имеет существенного значения.

Огнеупорные пески используются в строительстве поддонов в кислотных мартеновских печах и для внутренней футеровки вагранок и литейных ковшов, в которых переносится расплавленный металл. Общие требования к .этим пескам сходны с требованиями к литейным пескам, хотя огнеупорные пески должны быть несколько более грубозернистыми. Обычно применяются глинистые природносвязанные пески либо искусственные смеси пластичных огнеупорных глин и отмученных песков.

Городское водоснабжение — главный потребитель фильтровальных песков, которые используются для удаления твердых частиц и бактерий из воды. Такие пески не должны содержать извести, глины и органического вещества; кроме того, необходимо, чтобы они по меньшей мере на 98% были нерастворимыми в соляной кислоте. Форма зерен не очень существенна, но однородность минерального и гранулометрического составов очень важна. Большая часть фильтровальных песков добывается на месторождениях стекольных и литейных песков.

Прочие свойства

Песчаники, являясь агрегатом сцементированных зерен, намного менее плотные и прочные, чем граниты, базальты и известняки, которые представляют собой сростки кристаллов. Кроме того, песчаники легко истираются в дробилках и других машинах и могут превращаться в кремнеземистую пыль, которая очень вредна для легких. Однако при отсутствии более подходящих типов пород некоторые прочно сцементированные песчаники успешно применяются в качестве наброски, железнодорожного балласта, дорожного материала и заполнителя бетона. Подобные песчаники, например, входят в состав формаций Кайова и Дакота (мел) на севере центральной части штата Канзас (Swineford, 1947). Это твердые, плотные, хорошо сортированные песчаники, сцементированные кальцитом. Они обладают подходящими физико-механическими свойствами и широко применяются. Их хорошие качества, вероятно, обусловлены отчасти тем, что кальцитовый цемент в них представлен крупными сросшимися кристаллами, в каждом из которых заключено несколько зерен кварца.

Чтобы можно было использовать песчаники для производства ферросилиция и динасовых кирпичей, они должны содержать 95—99% кремнезема, быть достаточно плотными и не разрушаться при обработке. Таким требованиям отвечают немногие ортокварциты