Tartalom
- Mi a hidraulikus repesztés?
- Mennyi ideig használták a hidraulikus törést?
- A pala hidraulikus repesztésének sikeres használata
- Hidraulikus repesztés más palalejátszásokban
- Frakciós folyadékok
- kitámasztóanyagok
- Környezetvédelmi aggályok
- Termelési előnyök
Szivattyúk és dízelmotorok készen állnak a töréshez: Fénykép egy hidraulikus repesztési műveletről, amelyet egy Pennsylvania délnyugati részén található Marcellus Shale gázjáték fúrópadján végeznek. A töréshez hatalmas szivattyúk, dízelmotorok, vízszállító teherautók, homokkeverők és vízvezeték szerelvények állnak rendelkezésre. Kép: Doug Duncan, USGS.
Mi a hidraulikus repesztés?
A hidraulikus repesztés olyan eljárás, amely növelheti az olaj vagy gáz áramlását a kútból. Ennek során folyadékokat pumpálnak egy kútból a felszín alatti kőzetekbe, olyan nyomás alatt, amely elég magas a kőzet töréséhez. A cél egy összekapcsolt törések hálózatának létrehozása, amely pórus terekként szolgál majd az olaj és a földgáz kútfuratba történő mozgatásához.
A hidraulikus repesztés és a vízszintes fúrás kombinálta a korábban nem termelékeny szerves anyagban gazdag palat a világ legnagyobb földgázmezőjévé. A Marcellus-palak, az Utica-pala, a Barnett-pala, az Eagle Ford-pala és a Bakken-formáció példák a korábban nem termelő kőegységekre, amelyeket hidraulikus repesztéssel fantasztikus gáz- vagy olajmezőkké alakítottak át.
Mennyi ideig használták a hidraulikus törést?
Az Egyesült Államokban az olaj- és földgázkút stimulálására a hidraulikus repesztés első alkalommal történt több mint 60 évvel ezelőtt. A Haliburton Oil Well Cementing Company 1949-ben szabadalmat kapott az eljárásra. A módszer sikeresen növelte a termelési arányt, és a gyakorlat gyorsan elterjedt. Ma már az egész világon több ezer kútban használják évente. Benzin, fűtőolaj, földgáz és más kőolajtermékekből előállított termékek sokkal költségesebbek lennének, ha nem találnánk hidraulikus repesztést.
Vízszintes fúrás és hidraulikus repesztés: A földgázkút egyszerűsített vázlata, amelyet vízszintes fúrással és a kút vízszintes részén történő hidraulikus repesztéssel építettek a Marcellus palán keresztül.
Fúrópad hidraulikus repesztésre kész: Egy másik fénykép egy fúrópadról a frac-napon a Pennsylvania délnyugati részén található Marcellus Shale gázjátékban. Fotó: Doug Duncan, USGS.
A pala hidraulikus repesztésének sikeres használata
Az 1990-es évek elején a Mitchell Energy hidraulikus repesztéssel kezdett a texasi Barnett Shale-ba fúrt kutakból származó földgáztermelés ösztönzésére. A barnetti pala hatalmas mennyiségű földgázt tartalmazott; a Barnett azonban ritkán termelt földgázt kereskedelmi mennyiségben.
A Mitchell Energy rájött, hogy a gáz a Barnett-palánkban olyan apró pórusterekbe van csapdában, amelyek nem voltak összekapcsolva. A szikla pórus térrel rendelkezik, de nem volt áteresztőképességű. A Barnett palán keresztül fúrt kutak általában mutatnak gázt, de nem elegendő mennyiségű gázt a kereskedelmi termeléshez. A Mitchell Energy ezt a problémát úgy oldotta meg, hogy a Barnett-palát hidraulikusan megtörték, és összekapcsolt pórusterekből álló hálózatot hoztak létre, amely lehetővé tette a földgáz áramlását a kútba.
Sajnos a hidraulikus repesztési folyamat során keletkezett törések közül sok a bezáródott, amikor a szivattyúkat kikapcsolták. A Barnett-palát annyira mélyen eltemették, hogy a korlátozott nyomás bezárta az új töréseket. Ezt a problémát úgy oldottuk meg, hogy homokot adagoltunk a repesztőfolyadékba. Amikor a szikla törött, a víz rohanása az újonnan megnyílt pórustérbe homokszemcséket vezet a mészkőbe. Amikor a víznyomást csökkentették, a homok szemcsék "megtámasztották" a törést, és lehetővé tették a földgáz áramlását a törésekben és a kútfuratba. Manapság számos természetes és szintetikus termék található „frac sand” néven.
A Mitchell Energy tovább javította kutak hozamát azáltal, hogy vízszintesen fúrta őket a Barnett palán. A függőleges kutak felületén elindultak, vízszintes irányba irányítottak, és több ezer lábnyomon át vezettek a Barnett-palán. Ez megsokszorozta a kút fizetési zónájának hosszát. Ha egy sziklaegység vastagsága 100 láb, akkor egy függőleges kútban 100 láb fizetési zóna lenne. Ha azonban a kút vízszintesen volt irányítva, és vízszintesen maradt 5000 lábnyira a célformáción keresztül, akkor a fizetési zóna hossza ötvenszor hosszabb volt, mint egy függőleges kút fizetési zónája.
A Mitchell Energy hidraulikus repesztést és vízszintes fúrást használt a Barnett Shale kutak termelékenységének megsokszorozására. Valójában sok rendkívül sikeres kút sikertelen lett volna, ha függőleges kút lenne hidraulikus repesztés nélkül.
Perforációs pisztoly: Nem használt és elhasznált perforáló pisztoly, amelyet olaj- és gázfúráshoz és hidraulikus repesztéshez használnak. Az alján lévő cső a cső belsejébe szerelt robbanóanyag-töltések által létrehozott lyukakat mutatja. Fotó: Bill Cunningham, USGS.
Hidraulikus repesztés más palalejátszásokban
Mint mások megtudták a Mitchell Energys sikeréről a texasi Barnett Shale-ban, a vízszintes fúrás és a hidraulikus repesztés módszereit kipróbálták más szervesen gazdag palaban. Ezek a módszerek gyorsan sikeresek voltak a Louisiana, a texasi és az arkansasi Haynesville-i és Fayetteville-palán, majd az Appalache-medence Marcellus-palán. A módszerek sok más palaban működtek, és ma már a világ számos részén szerves gazdag pala fejlesztésére használják.
A hidraulikus repesztés számos kútból lehetővé tette a földgáz folyadékok és olaj előállítását. Az olyan sziklaegységek, mint például az észak-dakota Bakken palota és a Colorado, Niobrara palota, Kansas, Nebraska és Wyoming, jelentős mennyiségű olajat termelnek hidraulikus repesztésekből.
Frac víztartó tó: Vízvezeték az Arkansas-i Fayetteville-i palagáz-járat fúrópadján. Az ilyen bélelt tavak a fúrási helyek törésvíz-tárolására szolgálnak az összes földgázjátéknál. Fotó: Bill Cunningham, USGS.
Frakciós folyadékok
A víz a hidraulikus repesztés során használt hajtófolyadék. A kút és a repedezett kő tulajdonságaitól függően néhány millió gallon vízre lehet szükség a hidraulikus repesztés elvégzéséhez.
Amikor a vizet a kútba pumpálják, a kút teljes hossza nem lesz nyomás alatt. Ehelyett dugókat helyeznek be, hogy elkülönítsék a kút azon részét, ahol a törések kívántak. Csak a kút ezen szakasza kapja meg a teljes szivattyúzási erőt. Ahogy a kút ezen részében nyomás növekszik, a víz töréseket nyit, és a hajtónyomás a töréseket mélyen a sziklaegységbe terjeszti. Amikor a szivattyúzás leáll, ezek a törések gyorsan bezáródnak, és a kinyitásukhoz használt vizet visszajuttatják a fúrólyukba, vissza a kútba, és összegyűjtik a felszínen. A felületre visszatérő víz a beinjektált víz és a pórusvíz keveréke, amely több millió éven át csapdába esett a kőzetben. A pórusvíz általában sóoldat, jelentős mennyiségű oldott szilárd anyaggal.
A hidraulikus repesztéshez használt vízhez gyakran vegyszereket adnak. Ezek az adalékanyagok különféle célokat szolgálnak. Vannak, akik sűrítik a vizet olyan gélré, amely hatékonyabb a törések kinyitásában és a támaszpontok mélyen a sziklaegységbe juttatásában. Egyéb vegyszereket adagolunk a következőkhöz: a súrlódás csökkentése, a kőszemét tartása a folyadékban, a berendezés korróziójának megakadályozása, baktériumok elpusztítása, a pH és egyéb funkciók ellenőrzése.
A legtöbb vállalat ellenállt a hidraulikus repesztési folyadék összetételének feltárásában. Úgy vélik, hogy ezt az információt magánkézben kell tartani a versenyképes kutatásaik védelme érdekében. A szabályozók azonban kezdik igénybe venni az információkat, és egyes vállalatok önkéntesen kezdik megosztani ezeket az információkat.
Frac homok: A finomszemcsés kovasav-homokot vegyi anyagokkal és vízzel keverik, majd sziklaszivattyúkba szivattyúzzák, hogy megakadályozzák az újonnan létrehozott mesterséges törések befejeződését, miután a hidraulikus repesztés befejeződött. Fotó: Bill Cunningham, USGS.
kitámasztóanyagok
Különböző támasztékot használnak a hidraulikus repesztéshez. Ezek apró, összetörésnek ellenálló részecskék, amelyeket a hidraulikus repesztőfolyadék a törésekbe vezet. Amikor a szivattyúkat kikapcsolják, és a törések összeomlanak, ezek a törésálló részecskék nyitva tartják a törést, így pórus térben teremnek, amelyen keresztül a földgáz eljuthat a kútba.
A manapság leggyakrabban használt frac-homok, de alumínium gyöngyöket, kerámia gyöngyöket, szinterelt bauxitot és egyéb anyagokat is használtak. Több mint egymillió font táptalaj használható fel egyetlen kút lebontásakor.
A vízszintes kutak műholdas képe: Műholdas nézet egy Utica-palag fúróhelyről, ahol kilenc vízszintes kút épült és hidraulikus repesztéssel stimulált.
Környezetvédelmi aggályok
A hidraulikus repesztéssel kapcsolatban számos környezeti szempont van. Ezek tartalmazzák:
1) A kútban keletkező törések közvetlenül a sekély kőzetekbe terjedhetnek ki, amelyeket ivóvízellátáshoz használnak. Vagy a kútban keletkező törések kapcsolatba léphetnek a természetes törésekkel, amelyek az ivóvízellátáshoz használt sekély kőzet-egységekbe terjednek ki.
2) A kút burkolata meghibásodhat, és a folyadékok kiszivároghatnak az ivóvízellátáshoz használt sekély kőzetekbe.
3) A hidraulikus repesztési folyadékok vagy a repesztési munkák során kiszivárogtatott folyadékok véletlenszerű kiömlése a földbe szivároghat vagy szennyeződhet a felszíni vizekben.
Termelési előnyök
A hidraulikus repesztés jelentősen növeli a kút hozamát. Ha vízszintes fúrással kombinálják, a veszteséges kőzetképződéseket gyakran termelékeny földgázmezőkké alakítják. A technika nagymértékben felelős a Barnett Shale, a Haynesville Shale, a Fayetteville Shale és a Marcellus Shale gázmezők fejlesztéséért. Ezenkívül felszabadíthat olajat a szűk kőzetekből is, ahogyan ezt a Bakken-palagon és a Niobrara-palagon is megtették.
A hidraulikus repesztés folyamata és az azzal alkalmazott vegyi anyagok a legnagyobb aggodalmat okozzák a földgázipart figyelõ környezetvédelmi képviselõk számára. Olyan szabályozási környezetre van szükség, amely lehetővé teszi ezen technikák alkalmazását, és környezeti biztosítékokat biztosít a vízellátás és az emberek számára, akik a fúrás területén élnek.