Зміст
- Що таке гідравлічний розрив?
- Скільки часу використовується гідравлічний розрив?
- Успішне використання гідравлічного розриву в сланцях
- Гідравлічний розлам в інших сланцевих пластах
- Рідини для розриву
- Проппанти
- Екологічні проблеми
- Вигоди від виробництва
Насоси та дизельні двигуни готові до Frac: Фотографії операції гідравлічного розриву, що проводиться на буровій майданчику в газовій грі Marcellus Shale південно-західної Пенсільванії. Для фрак створено величезну збірку насосів, дизельних двигунів, водяних вантажівок, змішувачів піску та сантехніки. Зображення Дуга Данкана, USGS.
Що таке гідравлічний розрив?
Гідророзрив - це процедура, яка може збільшити надходження нафти або газу з свердловини. Це робиться шляхом закачування рідини в свердловину в підземні гірські установки під тиском, який достатньо високий, щоб зруйнувати породу. Мета - створити мережу взаємопов'язаних розломів, які будуть служити поровими просторами для руху нафти та природного газу до свердловини свердловини.
Гідравлічний розрив у поєднанні з горизонтальним бурінням перетворив раніше непродуктивні сланці, багаті органікою, у найбільші родовища природного газу у світі. Формула Марцеллуса, Сланцева Утика, Барнетта Сланця, Орел Форд Шейл та Баккен Форма - приклади раніше непродуктивних гірських порід, які були перетворені у фантастичні газові чи нафтові родовища гідравлічним розривом.
Скільки часу використовується гідравлічний розрив?
Перше використання гідророзриву для стимуляції нафтових та природних газових свердловин у США було здійснено понад 60 років тому. Компанія Haliburton Oil Cementing Company видала патент на процедуру в 1949 р. Метод успішно збільшив темпи видобутку свердловини і практика швидко поширилася. Зараз він використовується у всьому світі в тисячах свердловин щороку. Наш бензин, паливо для опалення, природний газ та інші продукти, виготовлені з нафтопродуктів, коштували б набагато дорожче, якби не було придумано гідравлічне руйнування.
Горизонтальне буріння та гідророзрив: Спрощена схема свердловини для природного газу, яка була побудована з горизонтальним бурінням через сланці Марцеллуса та гідравлічним розривом на горизонтальній частині свердловини.
Буровий майданчик готовий до гідророзриву: Ще одна фотографія бурового майданчика в день фракції в газовій грі Marcellus Shale південно-західної Пенсільванії. Фото Дуга Данкана, USGS.
Успішне використання гідравлічного розриву в сланцях
На початку 1990-х компанія Mitchell Energy почала використовувати гідравлічний розрив для стимулювання видобутку природного газу зі свердловин, пробурених у сланці Барнетта в Техасі. Сланці Барнетта містили величезні кількості природного газу; однак, Барнетт рідко добував природний газ у комерційних кількостях.
Мітчелл Енерджі зрозуміла, що газ у сланці Барнетта потрапляє в крихітні пори, що не пов'язані між собою. Скеля мала поровий простір, але не мала проникності. У свердловинах, пробурених через сланцю Барнетта, зазвичай було б показано газ, але недостатньо газу для комерційного виробництва. Компанія Mitchell Energy вирішила цю проблему шляхом гідравлічного розбиття сланця Барнетта, щоб створити мережу взаємопов'язаних між собою порпових просторів, що забезпечило б надходження природного газу до свердловини.
На жаль, багато переломів, отриманих в процесі гідравлічного розриву, закрилися при відключенні насосів. Сланці Барнетта були настільки глибоко закопані, що обмежений тиск закрив нові переломи. Цю проблему було вирішено додаванням піску до рідини, що розривається. Коли руйнується скеля, приплив води до нововідкритого порового простору нестиме зерна піску вглиб скельної одиниці. Коли тиск води було знижено, піщані зерна "висували" тріщину і давали можливість надходження природного газу через переломи і в свердловину. Сьогодні існує безліч натуральних і синтетичних продуктів, які продаються під назвою "дрібна пісок".
Mitchell Energy додатково покращила вихід їх свердловин, пробуривши їх горизонтально через сланці Барнетта. Вертикальні свердловини були запущені на поверхні, спрямовані до горизонтальної орієнтації та пронесені через сланці Барнетта на тисячі футів. Це помножило довжину зони оплати в свердловині. Якби скельна одиниця була товщиною 100 футів, у вертикальній свердловині була б зона оплати 100 футів. Однак якщо свердловина спрямовувалася горизонтально і залишалася горизонтальною на 5000 футів через цільовий пласт, то довжина зони оплати була в п’ятдесят разів довшою, ніж зона оплати вертикальної свердловини.
Для примноження продуктивності свердловин Barnett Shale компанія Mitchell Energy використовувала гідравлічний розрив та горизонтальне буріння. Насправді, багато їх дуже успішних свердловин були б невдачами, якби вони були вертикальними свердловинами без гідравлічного руйнування.
Перфораційний пістолет: Невикористаний і відпрацьований перфораційний пістолет, що використовується при бурінні нафти і газу та гідророзриві. На нижній трубі зображені отвори, створені зарядами, встановленими всередині труби. Фото Білла Каннінгама, USGS.
Гідравлічний розлам в інших сланцевих пластах
Як інші дізналися про успіх Мітчелла Енергіса в Техасі Барнетта в Техасі, методи горизонтального буріння та гідравлічного розриву були випробувані в інших сланцях, багатих органікою. Ці методи швидко досягли успіху в сланці Хайнесвілла і Файетвілла, сланцеві Луїзіани, Техасу та Арканзасу - тоді в сланці Марцелласа в басейні Аппалачі. Методи працювали в багатьох інших сланцях і зараз використовуються для розробки багатих органічними сланцями багатьох куточків світу.
Гідравлічний розрив також дозволив видобувати природні газові рідини та нафту з багатьох свердловин. Скельні одиниці, такі як сланці Баккен у Північній Дакоті та сланці Ніобрари в Колорадо, Канзас, Небраска та Вайомінг, тепер отримують значну кількість нафти від гідравлічного розриву.
Водосховище Frac Водозабір на буровій майданчику в газовій грі «Файетвілль» в Арканзасі. Подібні ставки, подібні до цього, використовуються для зберігання водяної води на місцях буріння у всіх іграх із природним газом. Фото Білла Каннінгама, USGS.
Рідини для розриву
Вода є рушійною рідиною, яка використовується в процесі гідравлічного розриву. Залежно від характеристик свердловини та скелі, що розривається, для виконання роботи з гідророзриву може знадобитися кілька мільйонів галонів води.
Коли вода нагнітається в свердловину, по всій довжині свердловини не працює під тиском. Замість цього вставляються пробки для ізоляції ділянки свердловини, де потрібні переломи. Тільки ця секція свердловини отримує повну силу перекачування. Коли в цій частині свердловини накопичується тиск, вода відкриває руйнування, а рушійний тиск поширює руйнування вглиб скельної установки. При припиненні перекачування ці переломи швидко закриваються, і вода, яка використовується для їх відкриття, виштовхується назад в свердловину, резервується в колодязь і збирається на поверхні. Вода, повернута на поверхню, являє собою суміш води, що вводиться в воду і порової води, яка потрапляє в парі протягом мільйонів років. Порова вода - це зазвичай розсіл зі значною кількістю розчинених твердих речовин.
Хімічні речовини часто додають у воду, що використовується при гідророзриві. Ці добавки служать для різних цілей. Деякі згущують воду в гель, який більш ефективний при відкритті переломів і перенесенні проппантів вглиб скельної установки. Інші хімічні речовини додаються для: зменшення тертя, зберігання уламків гірської породи в рідині, запобігання корозії обладнання, вбивання бактерій, контролю рН та інших функцій.
Більшість компаній були стійкі до виявлення складу їх гідравлічних рідин для розриву. Вони вважають, що ця інформація повинна залишатися приватною для захисту їх конкурентних досліджень. Однак регулятори починають вимагати інформації, а деякі компанії починають ділитися інформацією добровільно.
Дрібний пісок: Дрібнозернистий кремнеземний пісок перед закачуванням у гірські породи змішується з хімікатами та водою, щоб запобігти закриттю новостворених штучних руйнувань після закінчення гідравлічного розриву. Фото Білла Каннінгама, USGS.
Проппанти
Різноманітні проппанти використовуються при гідророзриві. Це невеликі стійкі до роздрібнення частинки, які переносяться в руйнування рідиною гідророзриву. Коли насоси вимикаються та руйнуються руйнування, ці стійкі до розбиття частинки утримують руйнування відкритим, створюючи поровий простір, через який природний газ може потрапляти до свердловини.
Дрібний пісок - найпоширеніший сьогодні, але також використовуються алюмінієві кульки, керамічні намистини, спечений боксит та інші матеріали. Понад мільйон фунтів проппантів можна використовувати під час розбиття однієї свердловини.
Вид супутникового зображення горизонтальних свердловин: Супутниковий вид бурового майданчика Ютіка-Сланця, де споруджено дев'ять горизонтальних свердловин та стимулюється гідравлічним розривом.
Екологічні проблеми
Існує ряд екологічних проблем, пов'язаних з гідравлічним розривом. До них належать:
1) Переломи, що утворюються в свердловині, можуть поширюватися безпосередньо на мілководні камені, які використовуються для подачі питної води. Або переломи, які утворюються в колодязі, можуть зв'язуватися з природними переломами, що поширюються на мілководні камені, які використовуються для питної води.
2) Корпус свердловини може вийти з ладу і дозволить рідинам потрапляти в мілководні камені, що використовуються для питної води.
3) Випадкові розливи рідин для гідророзриву або рідин, що викидаються під час роботи з розривом, можуть потрапляти в землю або забруднювати поверхневі води.
Вигоди від виробництва
Гідравлічний розрив може значно збільшити вихід свердловини. Коли він поєднується з горизонтальним бурінням, невигідні гірські породи часто перетворюються на продуктивні родовища природного газу. Ця технологія значною мірою відповідає за розробку газових родовищ сланцю Барнетта, Хайнсвілльської сланці, Сланцю Файетвілла та Марцелласа. Це також може звільнити нафту від щільних гірських порід, як це було зроблено із сланцем Bakken та Niobrara Shale.
Процес гідророзриву та хімікатів, що застосовуються разом із цим, викликають найбільше занепокоєння у захисників навколишнього середовища, які стежать за галузями природного газу. Потрібне регуляторне середовище, яке дозволить застосовувати ці методи та забезпечити екологічні гарантії для захисту запасів води та людей, які проживають у районах, де відбувається буріння.