Sadržaj
- Što je hidraulično lomljenje?
- Koliko dugo se koristi hidraulično lomljenje?
- Uspješna uporaba hidrauličkog lomljenja u škriljcu
- Hidraulično lomljenje u ostalim škriljcima
- Tekućine za lomljenje
- Proppants
- Zabrinutost za okoliš
- Prednosti proizvodnje
Pumpe i dizel motori spremni za frak: Fotografija operacije hidrauličkog lomljenja provedena na bušilici u igraonici plina Marcellus Shale jugozapadne Pennsylvanije. Ogromna skupina crpki, dizelskih motora, vodenih kamiona, miješalica pijeska i vodovodnih instalacija sprema se za brat. Slika Douga Duncana, USGS.
Što je hidraulično lomljenje?
Hidraulično lomljenje postupak je koji može povećati protok nafte ili plina iz bušotine. To se provodi ispumpavanjem tekućine u bunar u kamene jedinice ispod površine pod pritiskom koji je dovoljno visok da lomi stijenu. Cilj je stvoriti mrežu međusobno povezanih lomova koji će služiti kao pore za kretanje nafte i prirodnog plina do bušotine.
Hidraulično lomljenje u kombinaciji s horizontalnim bušenjem pretvorilo je prethodno neproduktivne škriljeve bogate organskim u najveća polja prirodnog plina na svijetu. Formiranje Marcellus Shale, Utica Shale, Barnett Shale, Orao Ford Shale i Bakken formacije su primjeri prethodno neproduktivnih kamenih jedinica koje su hidrauličkim lomljenjem pretvorene u fantastična plinska ili naftna polja.
Koliko dugo se koristi hidraulično lomljenje?
Prva upotreba hidrauličkog lomljenja za poticanje naftnih i prirodnih plinova u Sjedinjenim Državama učinjena je prije više od 60 godina. Poduzeće za cementiranje bunara Haliburton izdalo je patent za postupak 1949. Metoda je uspješno povećala stope proizvodnje i dobro se proširila. Sada se koristi širom svijeta u tisućama bušotina svake godine. Naš benzin, gorivo za grijanje, prirodni plin i drugi proizvodi napravljeni od naftnih derivata koštali bi puno više da nije bilo izumljeno hidraulično lomljenje.
Vodoravno bušenje i hidraulično lomljenje: Pojednostavljeni dijagram bušotine za prirodni plin koji je izveden horizontalnim bušenjem kroz škriljevac Marcellus i hidrauličkim lomljenjem na vodoravnom dijelu bušotine.
Jastuk za bušenje spreman za hidraulično lomljenje: Još jedna fotografija jastuka za bušenje na dan fracka u Marcellus Shale plinskoj predstavi jugozapadne Pennsylvanije. Fotografirao Doug Duncan, USGS.
Uspješna uporaba hidrauličkog lomljenja u škriljcu
Početkom 1990-ih, Mitchell Energy započeo je s hidrauličkim lomljenjem kako bi stimulirao proizvodnju prirodnog plina iz bušotina izbušenih u Barnett Shale u Teksasu. Šipka Barnett sadržavala je ogromne količine prirodnog plina; međutim, Barnett je rijetko proizvodio prirodni plin u komercijalnim količinama.
Mitchell Energy shvatila je da je plin u šanku Barnett zarobljen u sitnim porama koje nisu međusobno povezane. Stijena je imala pora, ali joj nije nedostajala propusnost. Bušotine izbušene kroz šanku Barnett obično bi imale plin, ali nedovoljno plina za komercijalnu proizvodnju. Mitchell Energy je riješio taj problem hidrauličkim lomljenjem Barnett Shale kako bi stvorio mrežu međusobno povezanih pora pora koji omogućuju protok prirodnog plina u bušotinu.
Nažalost, mnogi prijelomi nastali postupkom hidrauličnog lomljenja pukli su kad su crpke bile isključene. Barnettova škrilja bila je toliko duboko ukopana da je krutim pritiskom zatvorio nove prijelome. Taj je problem riješen dodavanjem pijeska tekućini za lomljenje. Kad se stijena slomila, nalet vode u novootvoreni prostor pora nosio bi zrnca pijeska duboko u stijeni. Kad se tlak vode smanjio, zrnca pijeska "otvorila" je lom i otvorila protok prirodnog plina kroz lomove i u bušotinu. Danas postoje razni prirodni i sintetički proizvodi koji se prodaju pod imenom "frac sand."
Mitchell Energy je dodatno poboljšala iskorištenje svojih bušotina bušeći ih horizontalno kroz Barnett Shale. Na površini su započeli vertikalni bunari, usmjereni prema vodoravnoj orijentaciji i vozili se kroz Barnett Skrivač tisućama metara. To je pomnožilo dužinu zone plaćanja u bušotini. Ako je kamena jedinica bila debljine 100 stopa, bila bi plata od 100 stopa u okomitom bunaru. Međutim, ako se bunar upravljao horizontalno i ostao vodoravan 5000 stopa kroz ciljni oblik, tada je duljina zone plaćanja bila pedeset puta duža od zone plaćanja vertikalne bušotine.
Mitchell Energy upotrijebila je hidraulično lomljenje i vodoravno bušenje da bi povećala produktivnost Barnett Shale bušotina. U stvari, mnogi od njihovih vrlo uspješnih bušotina bili bi propusti da su vertikalni izvori bez hidrauličkog pucanja.
Perforacijski pištolj: Neiskorišteni i potrošeni perforirajući pištolj koji se koristi za bušenje nafte i plina i hidraulično lomljenje. Na dnu cijevi nalaze se rupe nastale eksplozivnim nabojima postavljenim unutar cijevi. Fotografirao Bill Cunningham, USGS.
Hidraulično lomljenje u ostalim škriljcima
Kako su drugi saznali za uspjeh Mitchell Energys-a u Teksasu Barnett Shale, metode horizontalnog bušenja i hidrauličnog lomljenja isprobane su u drugim škriljacima bogatim organskim proizvodima. Te su metode brzo uspjele u škrilji Haynesville Shale i Fayetteville Shale u Louisiani, Teksasu i Arkanzasu - tada u Shale Marcellus u Appalachian Basin. Metode su djelovale na mnogim drugim škriljevcima i danas se koriste u razvoju bogatih škriljaca u mnogim dijelovima svijeta.
Hidraulično lomljenje također je omogućilo proizvodnju tekućina i plina iz prirodnih plinova iz mnogih bušotina. Stijenske jedinice kao što su Bakenski škriljac u Sjevernoj Dakoti i Niobrara Shale u Coloradu, Kansasu, Nebraski i Wyomingu sada daju značajne količine nafte hidrauličkim lomljenjem.
Ribnjak za zadržavanje vode Frac: Vodena gužva na bušilici u Fayetteville Shale plinskoj igri Arkansasa. Ovako postavljeni ribnjaci koriste se za skladištenje vode u frackama na mjestima bušenja u svim izvedbama prirodnog plina. Fotografirao Bill Cunningham, USGS.
Tekućine za lomljenje
Voda je pokretačka tekućina koja se koristi u postupku hidrauličnog lomljenja. Ovisno o karakteristikama bunara i stijene koja se lomi, za dovršavanje hidrauličkog lomljenja može biti potrebno nekoliko milijuna litara vode.
Kad se voda pumpa u bunar, cijela duljina bušotine nije pod tlakom. Umjesto toga, umetnuti su čepovi kako bi se izolirao dio bušotine tamo gdje su lomovi željeni. Samo ovaj odjeljak bušotine prima punu silu crpljenja. Kako se u ovom dijelu bušotine povećava pritisak, voda otvara lomove, a pogonski tlak širi prijelome duboko u stijenu. Kad se crpljenje zaustavi, ovi se prijelomi brzo zatvaraju, a voda koja se koristi za njihovo otvaranje gura se natrag u bušotinu, natrag u bunar i sakuplja se na površini. Vrata koja se vraćaju na površinu mješavina su vode koja se ubrizgava i pore s vodom koja se već milijunima godina nalazi u kamenoj jedinici. Pore voda je obično slanica sa značajnim količinama otopljenih krutih tvari.
Kemikalije se često dodaju vodi koja se koristi u hidrauličkom lomljenju. Ovi aditivi služe u različite svrhe. Neki zgušnjavaju vodu u gelu koji je učinkovitiji pri otvaranju lomova i nošenju propanta duboko u stijenu. Ostale kemikalije dodaju se za: smanjenje trenja, drže kamene ostatke suspendirane u tekućini, sprječavaju koroziju opreme, ubijaju bakterije, kontroliraju pH i druge funkcije.
Većina tvrtki bila je otporna na otkrivanje sastava svojih hidrauličkih tekućina za lomljenje. Smatraju da bi te podatke trebalo zadržati privatnima kako bi se zaštitila njihova konkurentna istraživanja. Međutim, regulatori počinju tražiti informacije, a neke tvrtke počinju dijeliti informacije dobrovoljno.
Frac pijesak: Finozrnat silikatni pijesak pomiješan je s kemikalijama i vodom prije nego što se pumpa u kamene formacije kako bi se spriječilo zatvaranje novostvorenih umjetnih lomova nakon završetka hidrauličkog lomljenja. Fotografirao Bill Cunningham, USGS.
Proppants
U hidrauličkom lomljenju koriste se različiti sredstva. To su male čestice otporne na drobljenje koje se u lomove prenose tekućinom hidrauličkog loma. Kad se crpke isključe i prijelomi raspadnu, ove čestice otporne na drobe drže frakturu otvorenom, stvarajući porani prostor kroz koji prirodni plin može putovati do bušotine.
Fracni pijesak se danas koristi najčešće, ali također se koriste aluminijske kuglice, keramičke kuglice, sinterirani boksit i drugi materijali. Preko jednog miliona bušotina može se upotrijebiti za uništavanje jedne jažice.
Satelitski prikaz vodoravnih bušotina: Satelitski pogled na mjesto bušenja Utica Shale gdje je izgrađeno devet vodoravnih bušotina i stimulirano hidrauličkim lomljenjem.
Zabrinutost za okoliš
Postoje brojni problemi vezani za okoliš koji se odnose na hidraulično lomljenje. To uključuje:
1) Prijelomi nastali u bunaru mogu se proširiti izravno u plitke kamene jedinice koje se koriste za opskrbu pitkom vodom. Ili, prijelomi nastali u bunaru mogu komunicirati s prirodnim lomovima koji se protežu u plitkim stijenskim jedinicama koje se koriste za opskrbu pitkom vodom.
2) Kućište bušotine može propasti i omogućiti fluidima da istječu u plitke stijene koje se koriste za opskrbu pitkom vodom.
3) Slučajni izljevi tekućine za hidraulično lomljenje ili tekućine izbačene tijekom posla lomljenja mogu prodirati u zemlju ili zagađivati površinsku vodu.
Prednosti proizvodnje
Hidraulično lomljenje može značajno povećati prinos bušotine. Kad se kombinira s horizontalnim bušenjem, neprofitabilne stijene često se pretvaraju u produktivna polja prirodnog plina. Ova tehnika je velikim dijelom zaslužna za razvoj plinskog polja Barnett Shale, Haynesville Shale, Fayetteville Shale i Marcellus Shale. Također može osloboditi naftu iz čvrstih kamenih jedinica kao što je to učinjeno s Škriljac Bakken i Niobrara Shale.
Proces hidrauličkog lomljenja i kemikalije koje se s njim koriste uzrokuju najveću zabrinutost zagovornicima okoliša koji promatraju industriju prirodnog plina. Potrebno je regulatorno okruženje koje će omogućiti korištenje ovih tehnika i osigurati zaštitu okoliša za zaštitu vodoopskrbe i ljudi koji žive na područjima gdje se bušenje odvija.