Conţinut
- Ce este fracturarea hidraulică?
- Cât timp a fost utilizată fracturarea hidraulică?
- Utilizarea cu succes a fracturării hidraulice în șist
- Fracturarea hidraulică în alte jocuri de șisturi
- Lichidele de fracturare
- agenți de susținere
- Ingrijorari privitoare la mediu
- Beneficiile producției
Pompe și motoare diesel gata pentru frac: Fotografie a unei operații de fracturare hidraulică care se desfășoară la o gaură de foraj în jocul de gaz Marcellus Shale din sud-vestul Pennsylvania. Un amplu ansamblu de pompe, motoare diesel, camioane cu apă, mixere de nisip și dispozitive de instalații sanitare este în vigoare pentru frac. Imagine de Doug Duncan, USGS.
Ce este fracturarea hidraulică?
Fracturarea hidraulică este o procedură care poate crește debitul de petrol sau gaz dintr-un puț. Se realizează prin pomparea lichidelor pe un puț într-unități de rocă sub-suprafață, sub presiuni suficient de mari pentru a fractura roca. Scopul este crearea unei rețele de fracturi interconectate, care să servească ca spații de pori pentru deplasarea petrolului și a gazelor naturale la sondă.
Fracturarea hidraulică combinată cu forajul orizontal a transformat șisturile bogate în produse neproductive în cele mai mari câmpuri de gaze naturale din lume. Șisturile Marcellus, Șistul Utica, Șistul Barnett, Șistul Eagle Ford și Formația Bakken sunt exemple de unități de rocă anterior neproductive care au fost transformate în câmpuri fantastice de gaz sau petrol prin fracturare hidraulică.
Cât timp a fost utilizată fracturarea hidraulică?
Prima utilizare a fracturilor hidraulice pentru stimularea puțurilor de petrol și gaze naturale în Statele Unite a fost făcută în urmă cu peste 60 de ani. Compania de cimentare a puțurilor petroliere Haliburton a primit un brevet pentru procedura în 1949. Metoda a crescut cu succes ratele de producție a puțurilor și practica s-a răspândit rapid. Acum este folosit în întreaga lume în mii de puțuri în fiecare an. Benzina, combustibilul pentru încălzire, gazul natural și alte produse din produse petroliere ar costa mult mai mult dacă nu s-ar fi inventat fracturarea hidraulică.
Foraj orizontal și fracturare hidraulică: Diagrama simplificată a unui puț de gaz natural care a fost construit cu foraj orizontal prin șistul Marcellus și fracturare hidraulică pe porțiunea orizontală a puțului.
Garnitura de foraj gata pentru fracturarea hidraulica: O altă fotografie a unui foraj în ziua frac în jocul de gaz Marcellus Shale din sud-vestul Pennsylvania. Fotografie de Doug Duncan, USGS.
Utilizarea cu succes a fracturării hidraulice în șist
La începutul anilor 1990, Mitchell Energy a început să folosească fracturarea hidraulică pentru a stimula producția de gaz natural din puțurile găurite în Șistul Barnett din Texas. Șistul Barnett conținea cantități enorme de gaz natural; cu toate acestea, Barnett a produs rar gaz natural în cantități comerciale.
Mitchell Energy și-a dat seama că gazul din Șistul Barnett era prins în spații minore de pori care nu erau interconectate. Stânca avea spațiul porilor, dar nu avea permeabilitate. Puturile forate prin Șistul Barnett ar avea de obicei un spectacol de gaz, dar nu suficient de gaz pentru producția comercială. Mitchell Energy a rezolvat această problemă prin fracturarea hidraulică a Șistului Barnett pentru a crea o rețea de spații de pori interconectate care să permită un flux de gaz natural către fântână.
Din păcate, multe dintre fracturile produse prin procesul de fracturare hidraulică s-au închis când pompele au fost oprite. Șistul Barnett a fost atât de îngropat încât presiunea limită a închis noile fracturi. Această problemă a fost rezolvată prin adăugarea de nisip la lichidul de fracturare. Atunci când roca s-a fracturat, graba apei în spațiul nou deschis al porilor ar transporta boabe de nisip adânc în unitatea de rocă. Când presiunea apei a fost redusă, boabele de nisip „au propulsat” fractura și s-au permis curgerea gazelor naturale prin fracturi și în alezajul sondei. Astăzi există o varietate de produse naturale și sintetice care sunt vândute sub numele de "nisip frac".
Mitchell Energy și-a îmbunătățit și mai mult randamentul puțurilor lor, prin forarea lor orizontală prin Șistul Barnett. Sondele verticale au fost pornite la suprafață, orientate spre o orientare orizontală și conduse prin șistul Barnett timp de mii de metri. Aceasta a înmulțit lungimea zonei de plată din sondă. Dacă o unitate de rocă avea 100 de metri grosime, ar avea o zonă de plată de 100 de metri într-un puț vertical. Cu toate acestea, dacă sonda a fost direcționată orizontal și a rămas orizontală pentru 5000 de metri prin formarea țintei, atunci lungimea zonei de plată a fost de cincizeci de ori mai lungă decât zona de plată a unui puț vertical.
Mitchell Energy a folosit fracturarea hidraulică și forajul orizontal pentru a înmulți productivitatea puțurilor de șist Barnett. De fapt, multe dintre sondele lor de mare succes ar fi fost defecțiuni dacă ar fi puțuri verticale fără fracturare hidraulică.
Pistol de perforație: Pistol de perforație neutilizat și cheltuit folosit în forajul de petrol și gaze și fracturarea hidraulică. Țeava din partea de jos prezintă găuri create de sarcinile explozive montate în interiorul conductei. Foto de Bill Cunningham, USGS.
Fracturarea hidraulică în alte jocuri de șisturi
Pe măsură ce alții au aflat de succesul Mitchell Energys în Șistul Barnett din Texas, metodele de foraj orizontal și fracturare hidraulică au fost încercate în alte șisturi bogate în organice. Aceste metode au reușit rapid în Șistul Haynesville și Șistul Fayetteville din Louisiana, Texas și Arkansas - apoi în Șistul Marcellus din Bazinul Apalah. Metodele au funcționat în multe alte șisturi și sunt acum utilizate pentru a dezvolta sisturi bogate în organice în multe părți ale lumii.
Fracturarea hidraulică a permis, de asemenea, producerea de lichide de gaz natural și ulei din multe puțuri. Unitățile de roci, cum ar fi Bakken Shale din Dakota de Nord și Șioiul Niobrara din Colorado, Kansas, Nebraska și Wyoming produc acum cantități semnificative de ulei din fracturarea hidraulică.
Bazin de retenție de apă Frac: O adâncime de apă la o gaură de foraj din Fayetteville Shale gaz din Arkansas. Astfel, iazurile cu căptușeală sunt utilizate pentru depozitarea apei frac la locurile de foraj în toate jocurile de gaze naturale. Foto de Bill Cunningham, USGS.
Lichidele de fracturare
Apa este fluidul de acționare utilizat în procesul de fracturare hidraulică. În funcție de caracteristicile puțului și de roca fracturată, se pot solicita câteva milioane de galoane de apă pentru a finaliza o lucrare de fracturare hidraulică.
Când apa este pompată în puț, întreaga lungime a puțului nu este sub presiune. În schimb, dopurile sunt introduse pentru a izola porțiunea de unde sunt dorite fracturile. Doar această secțiune a puțului primește toată forța de pompare. Pe măsură ce presiunea se acumulează în această porțiune a puțului, apa deschide fracturi, iar presiunea de conducere extinde fracturile adânc în unitatea de rocă. Când oprirea pompării, aceste fracturi se închid rapid, iar apa folosită pentru a le deschide este împinsă înapoi, înapoi în sondă și este colectată la suprafață. Apa returnată la suprafață este un amestec de apă injectată și apă de pori care a fost prinsă în unitatea de roci de milioane de ani. Apa de pori este de obicei o saramură cu cantități semnificative de solide dizolvate.
Produsele chimice sunt adesea adăugate la apa folosită la fracturarea hidraulică. Acești aditivi servesc o varietate de scopuri. Unii îngroașă apa într-un gel care este mai eficient la deschiderea fracturilor și transportul de plante în adâncime în unitatea de rocă. Se adaugă și alte substanțe chimice: reduce frecarea, menține resturile de rocă suspendate în lichid, previne coroziunea echipamentelor, ucide bacteriile, controlează pH-ul și alte funcții.
Majoritatea companiilor au fost rezistente la dezvăluirea compoziției fluidelor lor de fracturare hidraulică. Ei cred că aceste informații ar trebui să fie păstrate private pentru a le proteja cercetarea competitivă. Cu toate acestea, autoritățile de reglementare încep să solicite informațiile, iar unele companii încep să partajeze în mod voluntar informațiile.
Frac nisip: Nisipul de silice cu granulație fină este amestecat cu substanțe chimice și apă înainte de a fi pompat în formațiuni de rocă pentru a preveni închiderea fracturilor artificiale nou create după terminarea fracturării hidraulice. Foto de Bill Cunningham, USGS.
agenți de susținere
În fracturarea hidraulică se utilizează o varietate de plante. Acestea sunt particule mici rezistente la zdrobire, care sunt transportate în fracturi de fluidul de fracturare hidraulic. Când pompele sunt oprite și fracturile se prăbușesc, aceste particule rezistente la strivire țin fractura deschisă, creând spațiu de pori prin care gazul natural poate călători către fântână.
Nisipul Frac este cel mai frecvent utilizat astăzi, dar au fost folosite și margele de aluminiu, margele ceramice, bauxită sinterizată și alte materiale. Peste un milion de lire sterline pot fi utilizate în timp ce fracturați un singur puț.
Imaginea prin satelit a sondelor orizontale: O vedere din satelit a unui site de foraj Utica Shale unde au fost construite și stimulate nouă puțuri orizontale cu fracturare hidraulică.
Ingrijorari privitoare la mediu
Există o serie de probleme de mediu legate de fracturarea hidraulică. Acestea includ:
1) Fracturile produse în puț se pot extinde direct în unități de rocă superficială care sunt utilizate pentru alimentarea cu apă potabilă. Sau, fracturile produse în puț ar putea comunica cu fracturi naturale care se extind în unități de rocă superficială care sunt utilizate pentru alimentarea cu apă potabilă.
2) Carcasa unui puț ar putea să eșueze și să permită lichidelor să scape în unitățile de rocă superficială utilizate pentru alimentarea cu apă potabilă.
3) Deversările accidentale de fluide de fracturare hidraulică sau lichide expulzate în timpul unei lucrări de fracturare ar putea să se scurgă în sol sau să contamineze apa de suprafață.
Beneficiile producției
Fracturarea hidraulică poate crește semnificativ randamentul unei sonde. Atunci când este combinat cu foraj orizontal, formațiunile de rocă neprofitabile sunt adesea convertite în câmpuri productive de gaze naturale. Tehnica este responsabilă în mare parte de dezvoltarea câmpurilor de gaz Barnett, Shales Haynesville, Fayetteville Shale și Marcellus Shale. De asemenea, poate elibera uleiul din unitățile de rocă strânsă, așa cum s-a făcut cu Șisturile Bakken și Nistrul Brașic.
Procesul de fracturare hidraulică și substanțele chimice utilizate cu acesta provoacă cea mai mare îngrijorare pentru avocații de mediu care urmăresc industria gazelor naturale. Este necesar un mediu de reglementare care să permită utilizarea acestor tehnici și să ofere garanții de mediu pentru a proteja aprovizionarea cu apă și persoanele care locuiesc în zonele în care are loc forajul.