Содержание
- Что такое гидравлический разрыв?
- Как долго использовался гидравлический разрыв?
- Успешное использование ГРП в сланцах
- ГРП в других сланцевых играх
- Жидкости для гидроразрыва
- Проппанты
- Проблемы окружающей среды
- Преимущества производства
Насосы и дизельные двигатели готовы к ГРП: Фотография операции по гидроразрыву пласта, проводимой на буровой площадке в газовом промысле Marcellus Shale на юго-западе Пенсильвании. Огромная сборка насосов, дизельных двигателей, водяных грузовиков, смесителей для песка и сантехники находится на месте для ГРП. Фото Дуга Дункана, USGS.
Что такое гидравлический разрыв?
Гидроразрыв пласта - это процедура, которая может увеличить приток нефти или газа из скважины. Это делается путем закачивания жидкостей вниз по скважине в подземные горные породы под давлением, которое достаточно высоко для разрушения породы. Цель состоит в том, чтобы создать сеть взаимосвязанных трещин, которые будут служить поровыми пространствами для перемещения нефти и природного газа в ствол скважины.
Гидравлический разрыв пласта в сочетании с горизонтальным бурением превратил ранее непродуктивные сланцы, богатые органическими веществами, в крупнейшие месторождения природного газа в мире. Marcellus Shale, Utica Shale, Barnett Shale, Eagle Ford Shale и баккенская свита являются примерами ранее непродуктивных горных пород, которые были превращены в фантастические газовые или нефтяные месторождения с помощью гидравлического разрыва пласта.
Как долго использовался гидравлический разрыв?
Первое использование гидравлического разрыва пласта для стимуляции нефтяных и газовых скважин в Соединенных Штатах было сделано более 60 лет назад. Компания Haliburton Oil Well Cementing Company получила патент на эту процедуру в 1949 году. Метод успешно увеличил дебиты скважин, и практика быстро распространилась. В настоящее время он используется во всем мире в тысячах скважин каждый год. Наш бензин, топливо для отопления, природный газ и другие продукты, изготовленные из нефтепродуктов, обойдутся намного дороже, если не будет изобретен гидроразрыв пласта.
Горизонтальное бурение и гидроразрыв пласта: Упрощенная схема скважины на природном газе, которая была построена с горизонтальным бурением через сланец Марцелла и гидравлическим разрывом пласта на горизонтальной части скважины.
Буровая площадка готова к гидроразрыву пласта: Еще одна фотография буровой площадки в день ГРП в газовой игре Marcellus Shale на юго-западе Пенсильвании. Фото Дуга Дункана, USGS.
Успешное использование ГРП в сланцах
В начале 1990-х годов компания Mitchell Energy начала использовать гидроразрыв пласта для стимулирования добычи природного газа из скважин, пробуренных в сланец Барнетт, штат Техас. Барнетт Сланец содержал огромное количество природного газа; однако Барнетт редко добывал природный газ в коммерческих количествах.
Mitchell Energy поняла, что газ в сланце Барнетта был пойман в крошечные поровые пространства, которые не были связаны между собой. Камень имел поровое пространство, но не имел проницаемости. Скважины, пробуренные через сланец Барнетта, обычно демонстрируют газ, но его недостаточно для коммерческого производства. Компания Mitchell Energy решила эту проблему путем гидравлического разрыва пласта сланца Барнетта, чтобы создать сеть взаимосвязанных поровых пространств, обеспечивающих приток природного газа в скважину.
К сожалению, многие из трещин, вызванных процессом гидроразрыва, закрылись, когда насосы были выключены. Барнетт Сланец был так глубоко похоронен, что сдерживающее давление закрыло новые трещины. Эта проблема была решена путем добавления песка в жидкость для гидроразрыва. Когда скала раскололась, прилив воды во вновь открытое поровое пространство унес бы песчинки глубоко в скалу. Когда давление воды уменьшилось, песчинки «подперли» трещину в открытом и позволили потоку природного газа через трещины в ствол скважины. Сегодня существует множество натуральных и синтетических продуктов, которые продаются под названием «ГРП».
Компания Mitchell Energy дополнительно улучшила добычу своих скважин, пробурив их горизонтально через сланец Барнетта. Вертикальные скважины начинались на поверхности, направлялись в горизонтальную ориентацию и проходили через сланец Барнетта на тысячи футов. Это умножило длину продуктивной зоны в скважине. Если бы каменная единица имела толщину 100 футов, она имела бы зону добычи 100 футов в вертикальном колодце. Однако, если скважина направлялась в горизонтальном направлении и оставалась горизонтальной на протяжении 5000 футов через целевую формацию, то длина зоны добычи была бы в пятьдесят раз больше, чем зоны добычи вертикальной скважины.
Компания Mitchell Energy использовала гидроразрыв пласта и горизонтальное бурение, чтобы увеличить производительность скважин Barnett Shale. Фактически, многие из их очень успешных скважин были бы неудачными, если бы они были вертикальными скважинами без гидроразрыва пласта.
Перфорация пистолета: Неиспользованный и отработанный перфоратор используется в нефтегазовом бурении и гидроразрыве. Труба внизу показывает отверстия, созданные зарядами взрывчатого вещества, установленными внутри трубы. Фото Билла Каннингема, USGS.
ГРП в других сланцевых играх
Когда другие узнали об успехе Mitchell Energys в Barnett Shale из Техаса, методы горизонтального бурения и гидроразрыва пласта были опробованы в других богатых органикой сланцах. Эти методы быстро достигли успеха в сланцах Хейнесвилля и Фейетвилля в Луизиане, Техасе и Арканзасе, а затем в сланцах Марцелла в Аппалачском бассейне. Методы работали во многих других сланцах и в настоящее время используются для разработки богатых органикой сланцев во многих частях мира.
Гидроразрыв пласта также позволил добывать природный газ, жидкости и нефть из многих скважин. Горные породы, такие как Баккенский сланец в Северной Дакоте и Ниобрарский сланец в Колорадо, Канзасе, Небраске и Вайоминге, в настоящее время добывают значительные объемы нефти в результате гидроразрыва пласта.
Водохранилище ГРП: Водозабор на буровой площадке в игровом комплексе Fayetteville Shale gas of Arkansas. Подобные футерованные пруды используются для хранения гидроразрыва на буровых участках во всех залежах природного газа. Фото Билла Каннингема, USGS.
Жидкости для гидроразрыва
Вода является движущей жидкостью, используемой в процессе гидроразрыва пласта. В зависимости от характеристик скважины и разрыва породы, для завершения работ по гидроразрыву может потребоваться несколько миллионов галлонов воды.
Когда вода закачивается в скважину, вся длина скважины не находится под давлением. Вместо этого вставляются заглушки, чтобы изолировать часть скважины там, где желательны трещины. Только этот участок скважины получает полную силу прокачки. Когда в этой части скважины растет давление, вода открывает трещины, а давление при движении расширяет трещины вглубь горной породы. Когда откачка прекращается, эти трещины быстро защелкиваются, и вода, используемая для их открытия, выталкивается обратно в скважину, обратно в скважину и собирается на поверхности. Вода, возвращаемая на поверхность, представляет собой смесь нагнетаемой воды и поровой воды, которая была поймана в горной породе в течение миллионов лет. Поровая вода обычно представляет собой рассол со значительными количествами растворенных твердых веществ.
Химические вещества часто добавляют в воду, используемую при гидроразрыве пласта. Эти добавки служат различным целям. Некоторые сгущают воду в гель, который более эффективен при вскрытии трещин и переносе проппантов вглубь горной породы. Другие химические вещества добавляются для: уменьшения трения, удержания обломков породы в жидкости, предотвращения коррозии оборудования, уничтожения бактерий, контроля pH и других функций.
Большинство компаний были устойчивы к раскрытию состава своих жидкостей для гидроразрыва пласта. Они считают, что эта информация должна храниться в тайне, чтобы защитить их конкурентные исследования. Тем не менее, регуляторы начинают требовать информацию, и некоторые компании начинают делиться информацией добровольно.
ГРП песок: Мелкозернистый кварцевый песок смешивают с химикатами и водой перед закачкой в горные породы, чтобы предотвратить закрытие вновь созданных искусственных трещин после завершения гидроразрыва. Фото Билла Каннингема, USGS.
Проппанты
Различные проппанты используются в гидроразрыве пласта. Это небольшие устойчивые к раздавливанию частицы, которые переносятся в трещины жидкостью для гидроразрыва пласта. Когда насосы выключаются и трещины разрушаются, эти устойчивые к раздавливанию частицы удерживают трещину открытой, создавая поровое пространство, через которое природный газ может перемещаться в скважину.
Песок ГРП является проппантом, наиболее часто используемым сегодня, но также использовались алюминиевые шарики, керамические шарики, спеченный боксит и другие материалы. Более одного миллиона фунтов проппантов могут быть использованы при гидроразрыве одной скважины.
Спутниковое изображение горизонтальных скважин: Спутниковый вид на буровую площадку в Ютика-Сланце, где было построено девять горизонтальных скважин, которые были закачаны с помощью гидроразрыва
Проблемы окружающей среды
Существует ряд экологических проблем, связанных с гидроразрывом пласта. Они включают:
1) Разломы, добываемые в скважине, могут распространяться непосредственно на мелководные горные породы, которые используются для снабжения питьевой водой. Или, трещины, произведенные в скважине, могут связываться с естественными трещинами, которые распространяются на мелкие горные породы, которые используются для снабжения питьевой водой.
2) Обшивка скважины может выйти из строя и привести к попаданию флюидов в мелкие горные породы, используемые для снабжения питьевой водой.
3) Случайные разливы жидкостей для гидроразрыва или жидкости, выбрасываемые во время работ по гидроразрыву, могут просочиться в землю или загрязнить поверхностные воды.
Преимущества производства
Гидроразрыв пласта может значительно увеличить дебит скважины. В сочетании с горизонтальным бурением нерентабельные горные породы часто превращаются в продуктивные месторождения природного газа. Техника в значительной степени ответственна за разработку газовых месторождений Барнетт Шейл, Хэйнсвилл Шейл, Фейетвилл Шейл и Марцелл Шейл. Он также может высвобождать нефть из горных пород, как это было сделано с сланцами Баккен и Сланец Ниобрара.
Процесс гидравлического разрыва пласта и используемые в нем химические вещества вызывают наибольшее беспокойство у защитников окружающей среды, которые следят за газовой промышленностью. Необходима нормативно-правовая среда, которая позволит применять эти методы и обеспечить экологические гарантии для защиты водоснабжения и людей, которые живут в районах, где происходит бурение.