Saturs
- Kas ir hidrauliskā šķelšanās?
- Cik ilgi ir izmantota hidrauliskā šķelšanās?
- Veiksmīga slānekļa hidrauliskās skaldīšanas izmantošana
- Hidrauliskā sadrumstalotība citās slānekļa plāksnēs
- Šķelšanās šķidrumi
- Proppants
- Vides problēmas
- Ražošanas priekšrocības
Sūkņi un dīzeļdzinēji, kas sagatavoti lūzumam: Fotoattēls ar hidrauliskās šķelšanās operāciju, kas tiek veikta pie urbšanas pamatnes Marcellus Shale gāzes spēlē Pensilvānijas dienvidrietumos. Lūzumam ir milzīgs sūkņu, dīzeļdzinēju, ūdens kravas automašīnu, smilšu maisītāju un santehnikas komplekts. Attēla autors ir Dougs Dunkāns, USGS.
Kas ir hidrauliskā šķelšanās?
Hidrauliskā skaldīšana ir procedūra, kas var palielināt eļļas vai gāzes plūsmu no akas. To veic, izsūknējot šķidrumus no urbuma zemūdens iežu vienībās zem spiediena, kas ir pietiekami augsts, lai ieži sadalītos. Mērķis ir izveidot savstarpēji savienotu lūzumu tīklu, kas kalpos kā poru telpas naftas un dabasgāzes pārvietošanai uz urbuma urbumu.
Hidrauliskā skaldīšana apvienojumā ar horizontālo urbšanu agrāk neproduktīvos slānekļus, kas bagāti ar organiskiem savienojumiem, ir pārvērtuši par lielākajiem dabasgāzes laukiem pasaulē. Marcellus slāneklis, Utica slāneklis, Barnett slāneklis, Eagle Ford slāneklis un Bakken formācija ir iepriekš neproduktīvu klinšu vienību piemēri, kas hidrauliskā sadalīšanas rezultātā ir pārveidoti fantastiskos gāzes vai naftas laukos.
Cik ilgi ir izmantota hidrauliskā šķelšanās?
Pirmais hidrauliskās šķelšanās izmantojums, lai stimulētu naftas un dabasgāzes urbumus Amerikas Savienotajās Valstīs, tika veikts pirms vairāk nekā 60 gadiem. Uzņēmumam Haliburton Oil Well Cementing Company 1949. gadā tika izsniegts procedūras patents. Metode sekmīgi palielināja ražošanas apjomus un prakse ātri izplatījās. Tagad to visā pasaulē izmanto tūkstošiem urbumu katru gadu. Mūsu benzīns, apkures degviela, dabasgāze un citi produkti, kas izgatavoti no naftas produktiem, maksātu daudz dārgāk, ja nebūtu izgudrota hidrauliskā skaldīšana.
Horizontālā urbšana un hidrauliskā sadalīšana: Dabasgāzes urbuma vienkāršota shēma, kas uzbūvēta ar horizontālu urbumu caur Marcellus slānekli un hidraulisko skaldīšanu urbuma horizontālajā daļā.
Urbšanas paliktnis gatavs hidrauliskai sadalīšanai: Vēl viens urbšanas spilventiņa attēls frac dienā Marcellus Shale gāzes spēlē Pensilvānijas dienvidrietumos. Foto: Doug Duncan, USGS.
Veiksmīga slānekļa hidrauliskās skaldīšanas izmantošana
Deviņdesmito gadu sākumā Mitchell Energy sāka izmantot hidraulisko skaldīšanu, lai stimulētu dabasgāzes ražošanu no akām, kuras ir izurbtas Teksasas Barnett slāneklī. Barneta slāneklis saturēja milzīgu daudzumu dabasgāzes; tomēr Barnets reti ražoja dabasgāzi komerciālos daudzumos.
Mitchell Energy saprata, ka Gārneta slānekļa gāze ir iesprostota nelielās poru vietās, kas nav savstarpēji savienotas. Akmenim bija poru telpa, bet tam nebija caurlaidības. Caur Bārneta slānekli urbtajām akām parasti būtu gāzes daudzums, bet komerciālai ražošanai nepietiek gāzes. Mitchell Energy atrisināja šo problēmu, hidrauliski sašķeļot Barneta slānekli, lai izveidotu savstarpēji savienotu poru telpu tīklu, kas ļāva no dabasgāzes ieplūst urbumā.
Diemžēl daudzi hidrauliskās sabrukšanas procesa radītie lūzumi tika aizvērti, kad sūkņi tika izslēgti. Bārneta slāneklis bija tik dziļi aprakts, ka ierobežotais spiediens aizvēra jaunos lūzumus. Šī problēma tika atrisināta, pievienojot skaldīšanas šķidrumam smiltis. Kad klints saplaisāja, ūdens straume jaunatvērtajā poru telpā smilšu graudus nogulsnēs dziļi klinšu vienībā. Kad ūdens spiediens tika samazināts, smilšu graudi lēcu "atbalstīja" un ļāva dabasgāzei plūst caur lūzumiem urbuma urbumā. Mūsdienās ir dažādi dabiski un sintētiski izstrādājumi, kas tiek pārdoti ar nosaukumu “frac sand”.
Mitchell Energy vēl vairāk uzlaboja šo urbumu ražu, urbjot tos horizontāli caur Bārneta slānekli. Virspusē tika uzsāktas vertikālas akas, tās tika virzītas uz horizontālu orientāciju un tūkstošiem pēdu tika virzītas caur Barneta slānekli. Tas reizināja algas zonas garumu akā. Ja klinšu vienība būtu 100 pēdas bieza, tai vertikālā akā būtu atalgojuma zona 100 pēdas. Tomēr, ja urbums tika virzīts horizontāli un palika horizontāli 5000 pēdas caur mērķa veidojumu, tad algas zonas garums bija piecdesmit reizes garāks nekā vertikālas akas maksas zona.
Mitchell Energy izmantoja hidraulisko skaldīšanu un horizontālo urbšanu, lai reizinātu Bārneta slānekļa urbumu produktivitāti. Faktiski daudzām no viņu ļoti veiksmīgajām akām būtu bijušas neveiksmes, ja tās būtu vertikālas akas bez hidrauliskas šķelšanās.
Perforācijas pistole: Neizmantots un izlietots perforēšanas pistole, ko izmanto naftas un gāzes urbšanā un hidrauliskajā skaldīšanā. Caurulē apakšā redzami caurumi, ko izveidojuši sprāgstvielu lādiņi, kas uzstādīti caurules iekšpusē. Foto autors Bils Kaunheims, USGS.
Hidrauliskā sadrumstalotība citās slānekļa plāksnēs
Kā citi uzzināja par Mitchell Energys panākumiem Teksasas Barneta slāneklī, horizontālās urbšanas un hidrauliskās sašķelšanas metodes tika izmēģinātas citos ar organiskām vielām bagātos slānekļos. Šīs metodes ātri guva panākumus Haynesville slāneklī un Fayetteville Shale no Luiziānas, Teksasas un Arkanzasas - pēc tam Marcellus slāneklī Apalaču baseinā. Metodes darbojās daudzos citos slānekļos, un tagad tās tiek izmantotas, lai daudzās pasaules daļās attīstītu organiski slānekļa slānekļus.
Hidrauliskā sadalīšana ļāva arī daudzās akās ražot dabasgāzes šķidrumus un eļļu. Akmeņu vienības, piemēram, Bakkenas slāneklis Ziemeļdakotā un Niobraras slāneklis Kolorādo, Kanzasā, Nebraskā un Vaiomingā, tagad iegūst ievērojamu daudzumu eļļas no hidrauliskās šķelšanās.
Frac ūdens ierobežošanas dīķis: Ūdens novadīšana urbšanas urbumā Fajetnevilas slānekļa gāzes spēlē Arkanzasā. Šādus oderētus dīķus izmanto lūzumu ūdens uzglabāšanai urbšanas vietās visās dabasgāzes izspēlēs. Foto autors Bils Kaunheims, USGS.
Šķelšanās šķidrumi
Ūdens ir virzošais šķidrums, ko izmanto hidrauliskās sašķelšanas procesā. Atkarībā no urbuma un lūztošo iežu īpašībām, lai pabeigtu hidraulisko šķelšanos, var būt nepieciešami daži miljoni galonu ūdens.
Kad ūdens tiek iesūknēts akā, visā akas garumā netiek izdarīts spiediens. Tā vietā tiek ievietoti aizbāžņi, lai izolētu urbuma daļu, kur vēlami lūzumi. Tikai šī urbuma sadaļa saņem pilnu sūknēšanas spēku. Palielinoties spiedienam šajā urbuma daļā, ūdens atver lūzumus, un braukšanas spiediens lūzumus izpleš dziļi klinšu vienībā. Kad sūknēšana apstājas, šie lūzumi ātri tiek aizvērti, un to atvēršanai izmantotais ūdens tiek iestumts urbumā, urbuma augšpusē un tiek savākts virspusē. Ūdens, kas atgriezts virspusē, ir ievadītā ūdens un poru ūdens maisījums, kas miljoniem gadu ir ieslodzīts klinšu vienībā. Ūdens ar porām parasti ir sālījums ar ievērojamu daudzumu izšķīdušo cieto vielu.
Ūdenim, ko izmanto hidrauliskajā sadalīšanā, bieži pievieno ķīmiskas vielas. Šīs piedevas izmanto dažādiem mērķiem. Daži sabiezina ūdeni gēlā, kas efektīvāk atver lūzumus un nes propansus dziļi klinšu vienībā. Citas ķīmiskas vielas tiek pievienotas, lai samazinātu berzi, noturētu iežu gružus suspendētā šķidrumā, novērstu aprīkojuma koroziju, iznīcinātu baktērijas, kontrolētu pH un citas funkcijas.
Lielākā daļa uzņēmumu ir izturīgi pret to hidraulisko skaldīšanas šķidrumu sastāva atklāšanu. Viņi uzskata, ka šī informācija jāpatur privāta, lai aizsargātu viņu konkurences pētījumus. Tomēr regulatori sāk pieprasīt informāciju, un daži uzņēmumi sāk dalīties ar informāciju brīvprātīgi.
Frac smiltis: Smalkgraudaina silīcija smiltis tiek sajaukta ar ķīmiskām vielām un ūdeni pirms iesūknēšanas iežu veidojumos, lai novērstu jaunizveidoto mākslīgo lūzumu noslēgšanos pēc hidrauliskās skaldīšanas pabeigšanas. Foto autors Bils Kaunheims, USGS.
Proppants
Hidrauliskajā sadalīšanā tiek izmantoti visdažādākie propelenti. Tās ir mazas, izturīgas pret saspiešanu, daļiņas, kuras hidrauliskā skaldīšanas šķidrums nonāk lūzumos. Kad sūkņi tiek izslēgti un lūzumi sabrūk, šīs saspiešanas izturīgās daļiņas notur lūzumu atvērtu, radot poru telpu, caur kuru dabas gāze var nokļūt urbumā.
Frac smiltis ir mūsdienās visbiežāk izmantotā kārta, bet ir izmantotas arī alumīnija lodītes, keramikas lodītes, saķepināta boksīta un citi materiāli. Vienu urbumu sadalot, var izmantot vairāk nekā vienu miljonu mārciņu.
Horizontālo aku satelītattēlu skats: Satelīta skats uz Ūtikas slānekļa urbšanas vietu, kur ir uzbūvētas deviņas horizontālas akas un stimulētas ar hidraulisko skaldīšanu.
Vides problēmas
Ar hidraulisko skaldīšanu ir saistītas vairākas vides problēmas. Tie ietver:
1) Urbumā radušies lūzumi var nonākt tieši seklajās iežu vienībās, kuras izmanto dzeramā ūdens padevei. Vai arī urbumā radušies lūzumi var būt saistīti ar dabiskiem lūzumiem, kas veidojas seklajās klinšu vienībās, kuras tiek izmantotas dzeramā ūdens padevei.
2) Akas korpuss var neizdoties un šķidrumi var izplūst seklajās akmeņu vienībās, kuras izmanto dzeramā ūdens padevei.
3) Nejaušas hidraulisko skaldīšanas šķidrumu vai šķidrumu, kas izdalīti skaldīšanas laikā, noplūde var nokļūt zemē vai piesārņot virszemes ūdeņus.
Ražošanas priekšrocības
Hidrauliskā skaldīšana var ievērojami palielināt urbuma ražu. Kad to apvieno ar horizontālo urbšanu, nerentablie iežu veidojumi bieži tiek pārveidoti produktīvos dabasgāzes laukos. Šis paņēmiens lielā mērā ir atbildīgs par Barneta slānekļa, Heinsvilas slānekļa, Fejetvillas slānekļa un Marcellus slānekļa gāzes lauku attīstību. Tas var arī atbrīvot eļļu no šaurām iežu vienībām, kā tas tika darīts ar Bakken slānekli un Niobrara slānekli.
Hidrauliskās sabrukšanas process un tajā izmantotās ķīmiskās vielas rada vislielākās bažas vides aizstāvjiem, kuri vēro dabasgāzes rūpniecību. Nepieciešama normatīvā vide, kas ļaus izmantot šos paņēmienus un nodrošinās vides aizsardzības pasākumus, lai aizsargātu ūdens krājumus un cilvēkus, kuri dzīvo vietās, kur notiek urbšana.