Turinys
- Kas yra hidraulinis ardymas?
- Kiek laiko buvo naudojamas hidraulinis ardymas?
- Sėkmingas skalūno hidraulinio ardymo naudojimas
- Kitų skalūnų hidraulinis ardymas
- Skystieji skysčiai
- Pareiškėjai
- Aplinkosaugos problemos
- Gamybos pranašumai
Siurbliai ir dyzeliniai varikliai, paruošti lūžimui: Nuotrauka iš hidraulinio ardymo operacijos, vykdomos gręžimo padėkle Pensilvanijos pietvakarių Marcellus skalūnų dujų žaidime. Prie lūžio yra pastatytas didžiulis siurblių, dyzelinių variklių, vandens sunkvežimių, smėlio maišyklių ir santechnikos mazgų rinkinys. Vaizdas: Doug Duncan, USGS.
Kas yra hidraulinis ardymas?
Hidraulinis ardymas yra procedūra, kuri gali padidinti naftos ar dujų srautą iš šulinio. Tai atliekama pumpuojant skysčius iš šulinio žemyn į požeminius uolienų blokus esant pakankamai aukštam slėgiui, kad uola galėtų suskaidyti. Tikslas yra sukurti susietų lūžių tinklą, kuris tarnautų kaip porų tarpai naftai ir gamtinėms dujoms judėti į šulinio angą.
Hidraulinis ardymas kartu su horizontaliu gręžimu anksčiau neproduktyvius skalūnus, kuriuose gausu organinių medžiagų, pavertė didžiausiais gamtinių dujų telkiniais pasaulyje. „Marcellus“ skalė, „Utica“ skalė, „Barnett“ skalė, „Eagle Ford“ skalė ir „Bakkeno formacija“ yra anksčiau nederlingų uolienų pavyzdžiai, kurie hidraulinio ardymo metu buvo paversti fantastiškais dujų ar naftos telkiniais.
Kiek laiko buvo naudojamas hidraulinis ardymas?
Pirmasis hidraulinio ardymo panaudojimas naftos ir gamtinių dujų gręžinių stimuliavimui JAV buvo atliktas daugiau nei prieš 60 metų. „Haliburton Oil Well Cementing Company“ 1949 m. Buvo išduotas šios procedūros patentas. Šis metodas sėkmingai padidino gamybos apimtį ir praktika greitai išplito. Dabar jis naudojamas visame pasaulyje tūkstančiuose gręžinių kiekvienais metais. Mūsų benzinas, šildymo kuras, gamtinės dujos ir kiti iš naftos produktų pagaminti produktai kainuotų daug daugiau, jei nebūtų išrastas hidraulinis ardymas.
Horizontalus gręžimas ir hidraulinis ardymas: Supaprastinta gamtinių dujų gręžinio, pastatyto atliekant horizontalų gręžimą per Marcelio skalūną ir hidraulinį ardymą horizontalioje šulinio dalyje, schema.
Gręžimo padas paruoštas hidrauliniam ardymui: Kita nuotrauka su gręžimo padėklu „Frac“ dieną Pensilvanijos pietvakarių Marcellus skalūnų dujų žaidime. Doug Duncan, USGS nuotrauka.
Sėkmingas skalūno hidraulinio ardymo naudojimas
Dešimtojo dešimtmečio pradžioje „Mitchell Energy“ pradėjo naudoti hidraulinį ardymą, kad būtų skatinamos gamtinės dujos iš šulinių, gręžtų į Teksaso „Barnett Shale“. „Barnett“ skalūno energija buvo didžiulė; tačiau „Barnett“ retai gamino gamtines dujas komerciniais kiekiais.
„Mitchell Energy“ suprato, kad „Barnett“ skalūno dujos buvo įstrigusios mažose porose, kurios nebuvo sujungtos. Uola turėjo tarpą, tačiau neturėjo pralaidumo. Šuliniai, išgręžti per „Barnett“ skalūną, paprastai turėtų parodyti dujas, tačiau jų nepakanka komercinei gamybai. „Mitchell Energy“ išsprendė šią problemą hidrauliškai suardydama „Barnett“ skalūną, kad sukurtų sujungtų porų erdvių tinklą, kuris leido gamtinėms dujoms tekėti į šulinį.
Deja, daugelis hidraulinio ardymo proceso metu susidariusių lūžių uždaromi, kai siurbliai buvo išjungti. Barnetto skalūnas buvo taip giliai palaidotas, kad ribotas slėgis uždarė naujus lūžius. Ši problema buvo išspręsta įpilant smėlio į skaldos skystį. Kai uola suskilo, vandens srautas į naujai atsivėrusią porų erdvę smėlio grūdus nunešė giliai į uolienų bloką. Kai vandens slėgis buvo sumažintas, smėlio grūdeliai lūžį „išstūmė“ ir leido gamtinėms dujoms tekėti per lūžius ir į šulinio angą. Šiandien yra daugybė natūralių ir sintetinių gaminių, kurie parduodami pavadinimu „frac smėlis“.
„Mitchell Energy“ dar labiau pagerino jų šulinių išeigą, gręžiant juos horizontaliai per „Barnett“ skalūną. Paviršiuje buvo pradėti vertikalūs šuliniai, nukreipti į horizontalią orientaciją ir per tūkstančius pėdų išstumti per „Barnett“ skalūną. Tai padidino atlyginimo zonos ilgį šulinyje. Jei uolienų blokas būtų 100 pėdų storio, tai vertikaliame šulinyje būtų 100 pėdų užmokesčio zona. Tačiau, jei šulinys buvo nukreiptas horizontaliai ir išliko horizontalus 5000 pėdų per taikinio formaciją, tada užmokesčio zonos ilgis buvo penkiasdešimt kartų ilgesnis nei vertikalaus šulinio užmokesčio zonos.
„Mitchell Energy“ naudojo hidraulinį ardymą ir horizontalų gręžimą, kad padidintų „Barnett Shale“ šulinių produktyvumą. Tiesą sakant, daugelis jų labai sėkmingų šulinių būtų buvę gedimai, jei jie būtų vertikalūs šuliniai be hidraulinio ardymo.
Perforavimo pistoletas: Nepanaudotas ir panaudotas perforavimo pistoletas, naudojamas gręžti naftą ir dujas bei hidrauliškai ardyti. Vamzdyje apačioje yra skylės, kurias sukūrė vamzdžio viduje sumontuoti sprogstamieji užtaisai. Billo Cunninghamo nuotrauka, USGS.
Kitų skalūnų hidraulinis ardymas
Kaip kiti sužinojo apie „Mitchell Energys“ sėkmę „Barnett Shale of Texas“, horizontaliojo gręžimo ir hidraulinio ardymo metodai buvo išbandyti kituose organinių medžiagų turinčiuose skalūnuose. Šie metodai greitai pasisekė Haynesville ir Fayetteville skalūnuose Luiziana, Teksasas ir Arkanzasas - tada Marcellus skalūne Apalačų baseine. Metodai buvo naudojami daugelyje kitų skalūnų ir dabar naudojami kuriant ekologiškus skalūnus daugelyje pasaulio vietų.
Hidraulinis ardymas taip pat leido gamtinių dujų skysčius ir alyvą gaminti iš daugelio šulinių. Tokie uolienų vienetai kaip Bakkeno skalūnas iš Šiaurės Dakotos ir Niobrara skalūnas iš Kolorado, Kanzaso, Nebraskos ir Vajomingo dabar gauna daug hidraulinio ardymo naftos.
Frac vandens tvenkinys: Vandens telkinys prie gręžimo padėklo Fajetettevilo skalūnų dujų žaidime Arkanzasas. Tokie iškloti tvenkiniai yra naudojami vandens šuliniams kaupti gręžimo vietose visose gamtinių dujų žaidimų vietose. Billo Cunninghamo nuotrauka, USGS.
Skystieji skysčiai
Vanduo yra varomasis skystis, naudojamas hidraulinio ardymo procese. Atsižvelgiant į šulinio savybes ir skaldančią uolieną, norint atlikti hidraulinį ardymo darbą, gali prireikti kelių milijonų galonų vandens.
Kai vanduo pumpuojamas į šulinį, visas šulinio ilgis neslėgtas. Vietoj to įkišami kaiščiai, kad būtų galima atskirti tą šulinio dalį, kurioje reikia lūžių. Tik ši šulinio dalis gauna visą siurbimo jėgą. Didėjant slėgiui šioje šulinio dalyje, vanduo atveria lūžius, o važiavimo slėgis lūžius tęsia giliai į uolieną. Kai siurbimas sustabdomas, šie lūžiai greitai uždaromi, o vanduo, naudojamas jiems atidaryti, įstumiamas atgal į gręžinį, šulinio atsarginę dalį ir surenkamas prie paviršiaus. Į paviršių grįžęs vanduo yra įpurškto vandens ir porų vandens mišinys, kuris milijonus metų buvo įstrigęs uolienų bloke. Vandens poras paprastai sudaro sūrymas, turintis nemažą kiekį ištirpusių kietų medžiagų.
Cheminės medžiagos dažnai pridedamos prie vandens, naudojamo hidrauliniam ardymui. Šie priedai naudojami įvairiems tikslams. Kai kurie tirština vandenį į gelį, kuris yra veiksmingesnis atveriant lūžius ir nešiojant atramas giliai į uolieną. Pridedama kitų cheminių medžiagų: siekiant sumažinti trintį, išlaikyti skystyje suspenduotas uolienų nuolaužas, užkirsti kelią įrangos korozijai, naikinti bakterijas, kontroliuoti pH ir kitas funkcijas.
Daugelis kompanijų buvo atsparios atskleisti hidraulinio ardymo skysčių sudėtį. Jie mano, kad ši informacija turėtų būti laikoma privačia, siekiant apsaugoti jų konkurencinius tyrimus. Tačiau reguliavimo institucijos pradeda reikalauti informacijos, o kai kurios įmonės pradeda dalintis informacija savanoriškai.
Frac smėlis: Smulkiagrūdis silicio dioksido smėlis sumaišomas su chemikalais ir vandeniu prieš pumpuojant į uolieną, kad būtų užkirstas kelias naujai susidariusiems dirbtiniams lūžiams uždaryti po hidraulinio ardymo. Billo Cunninghamo nuotrauka, USGS.
Pareiškėjai
Hidrauliniam ardymui naudojama daugybė raketų. Tai yra mažos, atsparios gniuždymui dalelės, kurias hidraulinis ardantis skystis patenka į lūžius. Kai siurbliai išjungiami ir lūžiai sutrinka, šios atsparios trupiniui dalelės sulaiko lūžį atvirą, sukurdamos erdvę poroms, pro kurias gamtinės dujos gali patekti į šulinį.
„Frac“ smėlis yra šiuo metu dažniausiai naudojamas užpildas, tačiau taip pat buvo naudojamos aliuminio granulės, keraminės granulės, sukepintas boksitas ir kitos medžiagos. Vieną šulinį ardant galima sunaudoti daugiau nei milijoną svarų raketų.
Horizontalių šulinių vaizdas iš palydovo: Palydovinis vaizdas į „Utica“ skalūnų gręžimo vietą, kurioje buvo pastatyti devyni horizontalūs gręžiniai ir kurie buvo stimuliuoti hidrauliniu ardymu.
Aplinkosaugos problemos
Dėl hidraulinio ardymo yra nemažai aplinkosaugos problemų. Jie apima:
1) Šulinyje susidarę lūžiai gali patekti tiesiai į negilius uolienų blokus, kurie naudojami geriamajam vandeniui tiekti. Arba šulinyje susidarę lūžiai gali susisiekti su natūraliais lūžiais, kurie tęsiasi į negilius uolienų vienetus, kurie naudojami geriamajam vandeniui tiekti.
2) Gręžinio korpusas gali sugesti ir leisti skysčiams patekti į negilius uolienų blokus, naudojamus geriamojo vandens tiekimui.
3) Atsitiktiniai hidraulinio ardymo skysčių ar skysčių, išsiskyrusių atliekant ardymo darbus, išsiliejimai gali patekti į žemę arba užteršti paviršinius vandenis.
Gamybos pranašumai
Hidraulinis ardymas gali žymiai padidinti šulinio išeigą. Kai tai derinama su horizontaliu gręžimu, nuostolingos uolienų formacijos dažnai virsta produktyvių gamtinių dujų telkiniais. Ši technologija yra atsakinga už „Barnett Shale“, „Haynesville Shale“, „Fayetteville Shale“ ir „Marcellus Shale“ dujų telkinių plėtrą. Tai taip pat gali išlaisvinti naftą iš tankių uolienų vienetų, kaip buvo padaryta naudojant Bakkeno skalūną ir Niobraros skalūną.
Gamtinių dujų pramonę stebintiems aplinkos apsaugos atstovams didžiausią nerimą kelia hidraulinio ardymo procesas ir su juo naudojamos cheminės medžiagos. Reikia norminės aplinkos, kuri leistų naudoti šiuos metodus ir užtikrintų aplinkos apsaugą, siekiant apsaugoti vandens tiekimą ir žmones, gyvenančius tose vietose, kur gręžiami gręžiniai.