NộI Dung
- Bẻ gãy thủy lực là gì?
- Làm thế nào lâu đã được sử dụng thủy lực bẻ gãy?
- Sử dụng thành công bẻ gãy thủy lực trong đá phiến
- Bẻ gãy thủy lực trong các trò chơi đá phiến khác
- Chất lỏng bẻ gãy
- Sản phẩm
- Mối quan tâm về môi trường
- Lợi ích sản xuất
Máy bơm và động cơ diesel đã sẵn sàng cho frac: Hình ảnh về một hoạt động bẻ gãy thủy lực đang được tiến hành tại một mũi khoan trong vở kịch khí đá phiến Marcellus ở phía tây nam Pennsylvania. Một tập hợp khổng lồ của máy bơm, động cơ diesel, xe tải nước, máy trộn cát và hệ thống ống nước được đưa ra cho frac. Hình ảnh của Doug Duncan, USGS.
Bẻ gãy thủy lực là gì?
Phá vỡ thủy lực là một thủ tục có thể làm tăng lưu lượng dầu hoặc khí từ giếng. Nó được thực hiện bằng cách bơm chất lỏng xuống giếng vào các đơn vị đá dưới bề mặt dưới áp lực đủ cao để phá vỡ đá. Mục tiêu là tạo ra một mạng lưới các khe nứt liên kết với nhau, sẽ đóng vai trò là lỗ rỗng cho sự di chuyển của dầu và khí tự nhiên đến lỗ khoan.
Phá vỡ thủy lực kết hợp với khoan ngang đã biến các đá phiến giàu hữu cơ không sinh sản trước đây thành các mỏ khí tự nhiên lớn nhất trên thế giới. Marcellus Shale, Utica Shale, Barnett Shale, Eagle Ford Shale và Bakken Formation là những ví dụ về các đơn vị đá không hiệu quả trước đây đã được chuyển đổi thành các mỏ khí hoặc dầu tuyệt vời bằng cách phá vỡ thủy lực.
Làm thế nào lâu đã được sử dụng thủy lực bẻ gãy?
Việc sử dụng đầu tiên của thủy lực bẻ gãy để kích thích các giếng dầu và khí đốt tự nhiên ở Hoa Kỳ đã được thực hiện hơn 60 năm trước. Công ty xi măng giếng dầu Haliburton đã được cấp bằng sáng chế cho thủ tục vào năm 1949. Phương pháp này đã tăng thành công tỷ lệ sản xuất tốt và thực tế nhanh chóng lan rộng. Bây giờ nó được sử dụng trên toàn thế giới trong hàng ngàn giếng mỗi năm. Xăng, nhiên liệu sưởi ấm, khí tự nhiên và các sản phẩm khác được sản xuất từ các sản phẩm dầu mỏ của chúng tôi sẽ có giá cao hơn rất nhiều nếu không được phát minh ra thủy lực.
Khoan ngang và nứt thủy lực: Sơ đồ đơn giản hóa một giếng khí tự nhiên đã được xây dựng với khoan ngang qua Đá phiến Marcellus và nứt vỡ thủy lực trên phần ngang của giếng.
Khoan khoan đã sẵn sàng cho gãy thủy lực: Một bức ảnh khác về một mũi khoan trong ngày frac trong vở kịch khí Marcellus Shale ở phía tây nam Pennsylvania. Ảnh của Doug Duncan, USGS.
Sử dụng thành công bẻ gãy thủy lực trong đá phiến
Đầu những năm 1990, Công ty Năng lượng Mitchell đã bắt đầu sử dụng phương pháp bẻ gãy thủy lực để kích thích sản xuất khí đốt tự nhiên từ các giếng khoan vào đá phiến Barnett ở Texas. Đá phiến Barnett chứa một lượng lớn khí tự nhiên; tuy nhiên, Barnett hiếm khi sản xuất khí đốt tự nhiên với số lượng thương mại.
Năng lượng Mitchell nhận ra rằng khí trong Đá phiến Barnett bị kẹt trong các lỗ rỗng nhỏ không liên kết với nhau. Đá có không gian lỗ rỗng nhưng thiếu tính thấm. Các giếng được khoan qua Đá phiến Barnett thường sẽ có một màn trình diễn khí nhưng không đủ khí cho sản xuất thương mại. Năng lượng Mitchell đã giải quyết vấn đề này bằng cách phá vỡ thủy lực Barnett Shale để tạo ra một mạng lưới các lỗ rỗng liên kết với nhau cho phép dòng khí tự nhiên chảy vào giếng.
Thật không may, nhiều vết nứt được tạo ra bởi quá trình nứt vỡ thủy lực bị đóng lại khi máy bơm bị tắt. Các phiến đá Barnett bị chôn vùi quá sâu đến nỗi áp lực giới hạn đã đóng các vết gãy mới. Vấn đề này đã được giải quyết bằng cách thêm cát vào chất lỏng nứt. Khi tảng đá vỡ ra, dòng nước chảy vào không gian lỗ rỗng mới mở sẽ mang những hạt cát vào sâu trong khối đá. Khi áp lực nước giảm, các hạt cát "chống đỡ" vết nứt mở ra và cho phép một luồng khí tự nhiên xuyên qua các khe nứt và vào lỗ khoan. Ngày nay có một loạt các sản phẩm tự nhiên và tổng hợp được bán dưới tên "cát frac".
Năng lượng Mitchell tiếp tục cải thiện năng suất giếng của họ bằng cách khoan chúng theo chiều ngang thông qua Đá phiến Barnett. Các giếng thẳng đứng đã được bắt đầu ở bề mặt, được điều khiển theo hướng nằm ngang và được lái qua Đá phiến Barnett trong hàng ngàn feet. Điều này nhân với chiều dài của vùng trả tiền trong giếng. Nếu một đơn vị đá dày 100 feet, nó sẽ có vùng trả 100 feet trong một giếng thẳng đứng. Tuy nhiên, nếu giếng được điều khiển theo chiều ngang và nằm ngang 5000 feet trong quá trình hình thành mục tiêu, thì chiều dài của vùng thanh toán dài hơn năm mươi lần so với vùng thanh toán của giếng thẳng đứng.
Năng lượng Mitchell đã sử dụng thủy lực bẻ gãy và khoan ngang để nhân năng suất của giếng Barnett Shale. Trên thực tế, nhiều giếng rất thành công của họ đã bị hỏng nếu chúng là giếng thẳng đứng mà không bị nứt thủy lực.
Súng thủng: Súng không sử dụng và chi tiêu sử dụng trong khoan dầu khí và nứt thủy lực. Đường ống ở phía dưới cho thấy các lỗ được tạo ra bởi các chất nổ được gắn bên trong đường ống. Ảnh của Bill Cickyham, USGS.
Bẻ gãy thủy lực trong các trò chơi đá phiến khác
Như những người khác đã biết về sự thành công của Mitchell Energys trong Barnett Shale ở Texas, các phương pháp khoan ngang và phá vỡ thủy lực đã được thử nghiệm trong các đá phiến giàu hữu cơ khác. Những phương pháp này đã nhanh chóng thành công trong Haynesville Shale và Fayetteville Shale ở Louisiana, Texas và Arkansas - sau đó trong Marcellus Shale ở lưu vực Appalachian. Các phương pháp này đã làm việc trong nhiều loại đá phiến khác và hiện đang được sử dụng để phát triển các loại đá phiến giàu hữu cơ ở nhiều nơi trên thế giới.
Phá vỡ thủy lực cũng đã cho phép sản xuất chất lỏng khí tự nhiên và dầu từ nhiều giếng. Các đơn vị đá như Bakken Shale ở Bắc Dakota và Niobrara Shale ở Colorado, Kansas, Nebraska và Wyoming hiện đang thu được một lượng dầu đáng kể từ việc nứt vỡ thủy lực.
Ao chứa nước Frac: Một ngăn nước tại một mũi khoan trong vở kịch khí Fayetteville Shale ở Arkansas. Ao lót như thế này được sử dụng để lưu trữ nước frac tại các vị trí khoan trong tất cả các vở kịch khí tự nhiên. Ảnh của Bill Cickyham, USGS.
Chất lỏng bẻ gãy
Nước là chất lỏng lái xe được sử dụng trong quá trình nứt vỡ thủy lực. Tùy thuộc vào đặc điểm của giếng và đá bị nứt, có thể cần vài triệu gallon nước để hoàn thành công việc bẻ gãy thủy lực.
Khi nước được bơm vào giếng, toàn bộ chiều dài của giếng không bị áp lực. Thay vào đó, phích cắm được chèn để cách ly phần giếng nơi mong muốn gãy xương. Chỉ phần này của giếng nhận được toàn bộ lực bơm. Khi áp lực tích tụ trong phần này của giếng, nước mở ra các vết nứt và áp lực lái xe kéo dài các vết nứt sâu vào đơn vị đá. Khi bơm dừng các vết gãy này nhanh chóng đóng lại, và nước được sử dụng để mở chúng được đẩy trở lại vào lỗ khoan, sao lưu giếng và được thu thập ở bề mặt. Nước trở lại bề mặt là hỗn hợp nước được bơm và nước lỗ rỗng đã bị giữ lại trong đơn vị đá trong hàng triệu năm. Nước lỗ rỗng thường là nước muối với lượng chất rắn hòa tan đáng kể.
Hóa chất thường được thêm vào nước được sử dụng trong nứt vỡ thủy lực. Những chất phụ gia phục vụ nhiều mục đích. Một số làm dày nước thành một loại gel có hiệu quả hơn trong việc mở các vết nứt và mang các sản phẩm đầu sâu vào trong khối đá. Các hóa chất khác được thêm vào: giảm ma sát, giữ các mảnh vụn đá lơ lửng trong chất lỏng, ngăn ngừa ăn mòn thiết bị, tiêu diệt vi khuẩn, kiểm soát pH và các chức năng khác.
Hầu hết các công ty đã chống lại việc tiết lộ thành phần của chất lỏng nứt vỡ thủy lực của họ. Họ tin rằng thông tin này nên được giữ kín để bảo vệ nghiên cứu cạnh tranh của họ. Tuy nhiên, các cơ quan quản lý đang bắt đầu yêu cầu thông tin và một số công ty bắt đầu chia sẻ thông tin một cách tự nguyện.
Cát Frac: Cát silic hạt mịn được trộn với hóa chất và nước trước khi được bơm vào thành đá để ngăn chặn các vết nứt nhân tạo mới được tạo ra sau khi hoàn thành quá trình phá vỡ thủy lực. Ảnh của Bill Cickyham, USGS.
Sản phẩm
Một loạt các proppants được sử dụng trong nứt vỡ thủy lực. Đây là những hạt nhỏ chống nghiền được mang vào các khe nứt bởi chất lỏng nứt vỡ thủy lực. Khi các máy bơm bị tắt và các vết nứt sụp đổ, các hạt chống nghiền này giữ cho vết nứt mở ra, tạo ra không gian lỗ rỗng thông qua đó khí tự nhiên có thể đi đến giếng.
Cát Frac là sản phẩm được sử dụng phổ biến nhất hiện nay nhưng hạt nhôm, hạt gốm, bauxite thiêu kết và các vật liệu khác cũng đã được sử dụng. Hơn một triệu pound proppants có thể được sử dụng trong khi phá vỡ một giếng duy nhất.
Chế độ xem hình ảnh vệ tinh của giếng ngang: Một cái nhìn vệ tinh của một địa điểm khoan Utica Shale nơi chín giếng ngang đã được xây dựng và kích thích bằng thủy lực bẻ gãy.
Mối quan tâm về môi trường
Có một số mối quan tâm về môi trường liên quan đến nứt vỡ thủy lực. Bao gồm các:
1) Gãy xương được tạo ra trong giếng có thể kéo dài trực tiếp vào các khối đá nông được sử dụng để cung cấp nước uống. Hoặc, gãy xương được tạo ra trong giếng có thể giao tiếp với gãy xương tự nhiên kéo dài thành các khối đá nông được sử dụng để cung cấp nước uống.
2) Vỏ của một cái giếng có thể thất bại và cho phép chất lỏng thoát vào các đơn vị đá nông được sử dụng để cung cấp nước uống.
3) Sự cố tràn chất lỏng thủy lực hoặc chất lỏng bị nứt ra trong quá trình bẻ gãy có thể thấm xuống đất hoặc làm nhiễm bẩn nước mặt.
Lợi ích sản xuất
Phá vỡ thủy lực có thể làm tăng đáng kể năng suất của một giếng. Khi nó được kết hợp với khoan ngang, các thành tạo đá không sinh lợi thường được chuyển đổi thành các mỏ khí tự nhiên sản xuất. Kỹ thuật này chịu trách nhiệm phần lớn cho việc phát triển các mỏ khí đá Barnett Shale, Haynesville Shale, Fayetteville Shale và Marcellus Shale. Nó cũng có thể giải phóng dầu khỏi các đơn vị đá chặt chẽ như đã được thực hiện với Bakken Shale và Niobrara Shale.
Quá trình nứt vỡ thủy lực và các hóa chất được sử dụng với nó gây ra mối quan tâm lớn nhất đối với những người ủng hộ môi trường theo dõi ngành công nghiệp khí đốt tự nhiên. Một môi trường pháp lý là cần thiết sẽ cho phép các kỹ thuật này được sử dụng và cung cấp các biện pháp bảo vệ môi trường để bảo vệ nguồn cung cấp nước và những người sống trong các khu vực xảy ra khoan.