เนื้อหา
- Fracturing ไฮดรอลิกคืออะไร?
- Fracturing ไฮโดรลิคใช้งานมานานเท่าไหร่แล้ว?
- การใช้การแตกหักแบบไฮดรอลิกอย่างประสบความสำเร็จในแผ่นหิน
- การแตกหักของไฮดรอลิกในชั้นหินชนิดอื่น
- น้ำมันพร่าพราย
- proppants
- ความกังวลด้านสิ่งแวดล้อม
- ประโยชน์การผลิต
ปั๊มและเครื่องยนต์ดีเซลพร้อมสำหรับ frac: ภาพถ่ายของการดำเนินการไฮดรอลิพร่าพรายกำลังดำเนินการที่แผ่นเจาะในการเล่นของ Marcellus Shale gas ของเพนซิลวาเนียตะวันตกเฉียงใต้ การรวมตัวกันอย่างมากมายของปั๊มเครื่องยนต์ดีเซลรถบรรทุกน้ำเครื่องผสมทรายและอุปกรณ์ประปาอยู่ในสถานที่ ภาพโดยดั๊กดันแคน USGS
Fracturing ไฮดรอลิกคืออะไร?
การแตกของไฮดรอลิกเป็นกระบวนการที่สามารถเพิ่มการไหลของน้ำมันหรือก๊าซจากบ่อน้ำ มันทำโดยการปั๊มของเหลวลงไปในบ่อหินใต้หน่วยแรงกดดันที่สูงพอที่จะทำให้หินแตก เป้าหมายคือการสร้างเครือข่ายของการแตกหักที่เชื่อมต่อกันซึ่งจะทำหน้าที่เป็นช่องว่างรูขุมขนสำหรับการเคลื่อนไหวของน้ำมันและก๊าซธรรมชาติไปสู่การเจาะที่ดี
การแตกหักด้วยไฮดรอลิกรวมกับการขุดเจาะในแนวนอนได้เปลี่ยนหินดินดานที่อุดมด้วยสารอินทรีย์ที่ไม่อุดมสมบูรณ์ไปสู่แหล่งก๊าซธรรมชาติที่ใหญ่ที่สุดในโลก Marcellus Shale, Utica Shale, Barnett Shale, Eagle Ford Shale และ Bakken Formation เป็นตัวอย่างของหน่วยหินที่ไม่ก่อผลก่อนหน้านี้ที่ได้รับการแปลงเป็นแหล่งก๊าซหรือน้ำมันที่ยอดเยี่ยมโดยการแตกหักแบบไฮดรอลิก
Fracturing ไฮโดรลิคใช้งานมานานเท่าไหร่แล้ว?
การใช้งานครั้งแรกของการแตกพร่าไฮดรอลิกเพื่อกระตุ้นบ่อน้ำมันและก๊าซธรรมชาติในสหรัฐอเมริกาได้กระทำมานานกว่า 60 ปีแล้ว บริษัท Haliburton Oil Well Cementing ได้ออกสิทธิบัตรสำหรับกระบวนการในปี 1949 วิธีการนี้ประสบความสำเร็จในการเพิ่มอัตราการผลิตที่ดีและการแพร่กระจายอย่างรวดเร็ว ตอนนี้มันถูกใช้ทั่วโลกในหลายพันหลุมทุกปี น้ำมันเบนซินเชื้อเพลิงทำความร้อนก๊าซธรรมชาติและผลิตภัณฑ์อื่น ๆ ที่ทำจากผลิตภัณฑ์ปิโตรเลียมของเราจะมีราคาสูงกว่ามากหากไม่ได้คิดค้นการแตกหักด้วยไฮดรอลิก
เจาะแนวนอนและไฮดรอลิพร่าพราย: ไดอะแกรมอย่างง่ายของหลุมก๊าซธรรมชาติที่สร้างขึ้นด้วยการเจาะแนวราบผ่าน Marcellus Shale และการแตกหักแบบไฮดรอลิกในส่วนแนวนอนของหลุม
แผ่นเจาะพร้อมสำหรับพร่าพรายไฮดรอลิก: อีกรูปหนึ่งของดอกสว่านในวันที่มีการเล่นก๊าซ Marcellus Shale ทางตะวันตกเฉียงใต้ของรัฐเพนซิลเวเนีย ภาพถ่ายโดย Doug Duncan, USGS
การใช้การแตกหักแบบไฮดรอลิกอย่างประสบความสำเร็จในแผ่นหิน
ในช่วงต้นทศวรรษ 1990 มิตเชลล์เริ่มใช้การแยกส่วนด้วยไฮดรอลิกเพื่อกระตุ้นการผลิตก๊าซธรรมชาติจากบ่อน้ำที่เจาะเข้าไปใน Barnett Shale of Texas Barnett Shale มีก๊าซธรรมชาติจำนวนมหาศาล แม้กระนั้น Barnett ไม่ค่อยผลิตก๊าซธรรมชาติในเชิงพาณิชย์ปริมาณ
Mitchell Energy ตระหนักว่าก๊าซใน Barnett Shale นั้นติดอยู่ในรูขุมขนเล็ก ๆ ที่ไม่ได้เชื่อมต่อถึงกัน หินมีพื้นที่รูขุมขน แต่ไม่มีการซึมผ่าน เวลส์เจาะผ่าน Barnett Shale มักจะมีการแสดงของก๊าซ แต่ก๊าซไม่เพียงพอสำหรับการผลิตเชิงพาณิชย์ Mitchell Energy แก้ปัญหานี้โดยการแตกไฮดรอลิกที่ Barnett Shale เพื่อสร้างเครือข่ายของช่องว่างที่เชื่อมต่อกันซึ่งทำให้การไหลของก๊าซธรรมชาติไปยังบ่อน้ำ
น่าเสียดายที่มีการแตกหักจำนวนมากที่เกิดจากกระบวนการแตกหักไฮดรอลิกที่ปิดเมื่อปั๊มถูกปิด Barnett Shale ถูกฝังอย่างลึกล้ำจนความกดดันที่ จำกัด ปิดรอยร้าวใหม่ ปัญหานี้ได้รับการแก้ไขโดยการเติมทรายลงในของเหลวที่ร้าว เมื่อหินร้าวน้ำที่ไหลเข้าไปในรูขุมขนที่เพิ่งเปิดใหม่จะถือเม็ดทรายลึกเข้าไปในหิน เมื่อแรงดันน้ำลดลงเม็ดทรายจะ "แตกตัว" การแตกเปิดและอนุญาตให้มีการไหลของก๊าซธรรมชาติผ่านการแตกหักและเข้าไปในรูเจาะ วันนี้มีผลิตภัณฑ์จากธรรมชาติและสังเคราะห์ที่จำหน่ายภายใต้ชื่อ "frac sand"
มิตเชลล์พลังงานปรับปรุงผลผลิตของหลุมของพวกเขาโดยการขุดพวกเขาในแนวนอนผ่านหินน้ำมันบาร์เน็ตต์ บ่อน้ำแนวตั้งเริ่มขึ้นที่ผิวน้ำพาไปในแนวนอนและขับผ่าน Barnett Shale นานนับพันฟุต นี่เป็นการคูณความยาวของโซนการจ่ายในบ่อน้ำ หากหน่วยหินมีความหนา 100 ฟุตจะต้องมีโซนการจ่าย 100 ฟุตในหลุมตามแนวตั้ง อย่างไรก็ตามหากบ่อน้ำถูกนำไปตามแนวนอนและอยู่ในแนวนอนประมาณ 5,000 ฟุตผ่านการสร้างเป้าหมายความยาวของโซนการจ่ายจะยาวกว่าโซนการจ่ายของแนวตั้งเป็นห้าเท่า
Mitchell Energy ใช้การแตกหักแบบไฮดรอลิกและการเจาะแนวนอนเพื่อเพิ่มผลผลิตของหลุมหิน Barnett ในความเป็นจริงบ่อน้ำที่ประสบความสำเร็จจำนวนมากของพวกเขาจะล้มเหลวหากพวกเขาเป็นหลุมในแนวดิ่ง
ปืนเจาะ: ปืนเจาะที่ไม่ได้ใช้และใช้แล้วที่ใช้ในการขุดเจาะน้ำมันและก๊าซและการแตกหักแบบไฮดรอลิก ท่อที่อยู่ด้านล่างจะแสดงรูที่สร้างขึ้นโดยประจุระเบิดที่ติดตั้งอยู่ภายในท่อ ภาพถ่ายโดย Bill Cunningham, USGS
การแตกหักของไฮดรอลิกในชั้นหินชนิดอื่น
ขณะที่คนอื่น ๆ เรียนรู้จากความสำเร็จของมิตเชลล์เอนเนอร์จิสในบาร์เน็ตต์หินจากเท็กซัสวิธีการเจาะแนวนอนและการแตกพร่าไฮดรอลิกถูกลองในหินดินดานที่อุดมด้วยสารอินทรีย์อื่น ๆ วิธีการเหล่านี้ประสบความสำเร็จอย่างรวดเร็วใน Haynesville Shale และ Fayetteville Shale of Louisiana, Texas และ Arkansas - จากนั้นใน Marcellus Shale ใน Appalachian Basin วิธีการทำงานใน shales อื่น ๆ และตอนนี้ถูกใช้เพื่อพัฒนา shales รวยอินทรีย์ในหลายส่วนของโลก
การแยกส่วนด้วยไฮดรอลิกนั้นทำให้สามารถผลิตของเหลวก๊าซธรรมชาติและน้ำมันจากหลุมหลายแห่ง หน่วยหินเช่น Bakken Shale ของ North Dakota และ Niobrara Shale ของ Colorado, Kansas, Nebraska และ Wyoming กำลังให้ปริมาณน้ำมันที่สำคัญจากการแตกหักด้วยไฮดรอลิก
Frac น้ำบรรจุบ่อ: impoundment น้ำที่แผ่นเจาะในการเล่นก๊าซ Fayetteville หินดินดานของอาร์คันซอ บ่อที่มีเส้นกั้นเช่นนี้ใช้สำหรับการกักเก็บน้ำในสถานที่ขุดเจาะในการเล่นก๊าซธรรมชาติทั้งหมด ภาพถ่ายโดย Bill Cunningham, USGS
น้ำมันพร่าพราย
น้ำเป็นสารขับเคลื่อนที่ใช้ในกระบวนการไฮโดรลิกพร่าพราย ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับลักษณะของบ่อน้ำและหินที่ถูกแตกร้าวสามารถใช้น้ำเพียงไม่กี่ล้านแกลลอนในการทำพร่าพรายด้วยไฮดรอลิก
เมื่อน้ำถูกสูบเข้าไปในบ่อน้ำความยาวทั้งหมดของบ่อน้ำจะไม่ได้รับแรงดัน แต่จะมีการเสียบปลั๊กเพื่อแยกส่วนของหลุมที่ต้องการแตกหัก เฉพาะส่วนนี้ของหลุมเท่านั้นที่ได้รับแรงเต็มที่จากการปั๊ม เมื่อความดันเพิ่มขึ้นในบ่อน้ำส่วนนี้น้ำก็จะแตกออกและแรงดันในการขับเคลื่อนจะขยายรอยแตกลึกเข้าไปในหิน เมื่อปั๊มหยุดการแตกหักเหล่านี้จะปิดอย่างรวดเร็วและน้ำที่ใช้ในการเปิดจะถูกผลักกลับเข้าไปในหลุมเจาะสำรองบ่อน้ำและเก็บที่พื้นผิว น้ำที่ถูกส่งกลับสู่พื้นผิวนั้นเป็นส่วนผสมของน้ำที่ถูกฉีดเข้ากับน้ำในรูขุมขนที่ถูกขังอยู่ในหินเป็นเวลาหลายล้านปี น้ำในรูขุมขนมักเป็นน้ำเกลือที่มีปริมาณของของแข็งละลาย
สารเคมีมักจะถูกเติมลงไปในน้ำที่ใช้ในการไฮโดรลิก สารเติมแต่งเหล่านี้มีวัตถุประสงค์ที่หลากหลาย บางข้นน้ำเป็นเจลที่มีประสิทธิภาพมากขึ้นในการเปิดกระดูกหักและถือ proppants ลึกเข้าไปในหน่วยหิน มีการเพิ่มสารเคมีอื่น ๆ ลงใน: ลดแรงเสียดทานเก็บเศษหินแขวนลอยในของเหลวป้องกันการกัดกร่อนของอุปกรณ์ฆ่าเชื้อแบคทีเรียควบคุมค่า pH และฟังก์ชั่นอื่น ๆ
บริษัท ส่วนใหญ่มีความทนทานต่อการเปิดเผยองค์ประกอบของน้ำมันไฮโดรลิกพร่าพราย พวกเขาเชื่อว่าข้อมูลนี้ควรถูกเก็บเป็นความลับเพื่อป้องกันการวิจัยเชิงแข่งขัน อย่างไรก็ตามหน่วยงานกำกับดูแลเริ่มต้องการข้อมูลและบาง บริษัท เริ่มแบ่งปันข้อมูลโดยสมัครใจ
Frac sand: ทรายซิลิกาเนื้อละเอียดผสมกับสารเคมีและน้ำก่อนที่จะถูกอัดเข้าไปในหินเพื่อป้องกันการแตกหักที่สร้างขึ้นใหม่จากการปิดหลังจากการแยกไฮดรอลิกเสร็จสมบูรณ์ ภาพถ่ายโดย Bill Cunningham, USGS
proppants
โพรเพนท์ต่าง ๆ ถูกนำมาใช้ในการพร่าพรายไฮโดรลิก เหล่านี้เป็นอนุภาคที่ทนต่อการแตกหักขนาดเล็กที่ถูกนำเข้าไปในรอยแตกโดยของเหลวที่ทำให้เกิดรอย เมื่อปั๊มถูกปิดการทำงานและการแตกหักเกิดขึ้นอนุภาคที่ป้องกันการกระแทกเหล่านี้จะเปิดออกทำให้เกิดรอยแตกทำให้เกิดพื้นที่รูขุมขนซึ่งก๊าซธรรมชาติสามารถเดินทางไปยังบ่อได้
ทราย Frac เป็นผลิตภัณฑ์ที่นิยมใช้กันมากที่สุดในปัจจุบัน แต่เม็ดอลูมิเนียม, ลูกปัดเซรามิก, อะลูมิเนียมเผาและวัสดุอื่น ๆ ก็ถูกนำมาใช้เช่นกัน สามารถใช้ proppants มากกว่าหนึ่งล้านปอนด์ในขณะที่พร่าพรายหลุมเดียว
มุมมองภาพดาวเทียมของหลุมในแนวนอน: มุมมองดาวเทียมของพื้นที่ขุดเจาะ Utica Shale ซึ่งมีการสร้างบ่อน้ำแนวนอนเก้าหลุมและกระตุ้นด้วยการแตกพร่าไฮดรอลิก
ความกังวลด้านสิ่งแวดล้อม
มีข้อกังวลเกี่ยวกับสิ่งแวดล้อมหลายประการที่เกี่ยวข้องกับการแตกพร่าไฮดรอลิก เหล่านี้รวมถึง:
1) การแตกหักที่เกิดขึ้นในหลุมอาจขยายโดยตรงไปยังหน่วยหินน้ำตื้นที่ใช้สำหรับการจัดหาน้ำดื่ม หรือการแตกหักที่เกิดขึ้นในบ่อน้ำอาจสื่อสารกับการแตกหักตามธรรมชาติที่ขยายออกเป็นหน่วยหินตื้นที่ใช้สำหรับแหล่งน้ำดื่ม
2) ปลอกของบ่อน้ำอาจล้มเหลวและปล่อยให้ของเหลวไหลเข้าสู่หน่วยหินตื้นที่ใช้สำหรับการจัดหาน้ำดื่ม
3) การหกรั่วไหลของของเหลวที่เกิดจากการแตกหักของไฮดรอลิกหรือของเหลวที่ถูกไล่ออกจากงานในระหว่างการแตกหักอาจซึมลงสู่พื้นดินหรือปนเปื้อนน้ำผิวดิน
ประโยชน์การผลิต
การแตกของไฮดรอลิกอย่างมีนัยสำคัญสามารถเพิ่มผลผลิตของบ่อน้ำได้ เมื่อรวมเข้ากับการขุดในแนวนอนการก่อตัวของหินที่ไม่ทำกำไรมักจะถูกแปลงเป็นแหล่งก๊าซธรรมชาติที่มีประสิทธิภาพ เทคนิคส่วนใหญ่รับผิดชอบการพัฒนาของ Barnett Shale, Haynesville Shale, Fayetteville Shale และ Marcellus Shale แหล่งก๊าซ นอกจากนี้ยังสามารถปลดปล่อยน้ำมันจากหน่วยหินที่แน่นเช่นเดียวกับ Bakken Shale และ Niobrara Shale
กระบวนการแตกหักแบบไฮดรอลิกและสารเคมีที่ใช้ทำให้เกิดความกังวลอย่างมากต่อผู้สนับสนุนด้านสิ่งแวดล้อมที่เฝ้าดูอุตสาหกรรมก๊าซธรรมชาติ จำเป็นต้องมีสภาพแวดล้อมด้านกฎระเบียบซึ่งจะอนุญาตให้ใช้เทคนิคเหล่านี้และให้การป้องกันด้านสิ่งแวดล้อมเพื่อปกป้องแหล่งน้ำและผู้ที่อาศัยอยู่ในพื้นที่ที่เกิดการขุดเจาะ