Sisältö
- Mikä on hydraulinen murtuminen?
- Kuinka kauan hydraulista murtumista on käytetty?
- Hydraulisen murtumisen onnistunut käyttö liuskeessa
- Hydraulinen murtuminen muissa liuskelevyissä
- Murskautuvat nesteet
- Proppants
- Ympäristöongelmat
- Tuotannon edut
Pumput ja dieselmoottorit valmiina murtumaan: Kuva hydraulisesta murtumisoperaatiosta, joka tehdään Poles-Pennsylvanian Marcellus Shale -kaasupelillä poraustyynyllä. Murtolukkoon on asennettu valtava kokoelma pumppuja, dieselmoottoreita, vesikuorma-autoja, hiekkasekoittimia ja vesijohdotuksia. Kuva Doug Duncan, USGS.
Mikä on hydraulinen murtuminen?
Hydraulinen murtuminen on menettely, joka voi lisätä öljyn tai kaasun virtausta kaivosta. Se tehdään pumppaamalla nesteitä alaspäin kaivosta maanalaisiin kallioyksiköihin paineissa, jotka ovat riittävän korkeat kallion murtamiseksi. Tavoitteena on luoda verkosto toisiinsa liittyneisiin murtumiin, jotka toimivat huokostiloina öljyn ja maakaasun siirtymiselle kairan reikään.
Hydraulinen murtuminen yhdistettynä vaakasuoraan poraamiseen on muuttanut aiemmin tuottamattomista orgaanisesti rikkaista liuskeleveistä maailman suurimpia maakaasukenttiä. Marcellus-liuske, Utica-liuske, Barnett-liuske, Eagle Ford -lehti ja Bakken-muodostelma ovat esimerkkejä aikaisemmin tuottamattomista kiviyksiköistä, jotka on muunnettu fantastisiksi kaasu- tai öljykenttiksi hydraulisen murtamisen avulla.
Kuinka kauan hydraulista murtumista on käytetty?
Ensimmäinen käyttö hydraulisessa murtamisessa öljy- ja maakaasukaivojen stimuloimiseksi tehtiin Yhdysvalloissa yli 60 vuotta sitten. Haliburton Oil Well Cementing Company -yritykselle myönnettiin patentti menetelmälle vuonna 1949. Menetelmä nosti menestyksekkäästi tuotantosuhteita ja käytäntö levisi nopeasti. Sitä käytetään nyt kaikkialla maailmassa tuhansissa kaivoissa vuosittain. Bensiinimme, lämmityspolttoaineemme, maakaasu ja muut öljytuotteista valmistetut tuotteet maksavat paljon enemmän, jos hydraulista murtumista ei olisi keksitty.
Vaakaporaus ja hydraulinen murtuminen: Yksinkertaistettu kaavio maakaasukauvosta, joka on rakennettu vaakasuoralla porauksella Marcellus-liuskun läpi ja hydraulisella murtamisella kaivon vaakasuoraan osaan.
Porauslevy valmiina hydrauliseen murtumiseen: Toinen valokuva poratyynystä frac-päivänä Marcellus Shale -kaasupelissä Lounais-Pennsylvaniassa. Kuva: Doug Duncan, USGS.
Hydraulisen murtumisen onnistunut käyttö liuskeessa
1990-luvun alussa Mitchell Energy aloitti hydraulisen murtamisen stimuloidakseen maakaasun tuotantoa kaivoista, jotka oli porattu Texasin Barnett Shale -kadulle. Barnettin liuske sisälsi valtavia määriä maakaasua; Barnett tuotti kuitenkin harvoin maakaasua kaupallisina määrinä.
Mitchell Energy tajusi, että Barnett-liuskekaasussa kaasu oli juuttunut pieniin huokostiloihin, joita ei ollut kytketty toisiinsa. Kivillä oli huokostila, mutta siinä ei ollut läpäisevyyttä. Barnett-liuskan läpi porattuissa kaivoissa olisi yleensä kaasunäyttö, mutta ei tarpeeksi kaasua kaupalliseen tuotantoon. Mitchell Energy ratkaisi tämän ongelman pilkkomalla hydraulisesti Barnett-liuskaa ja luomalla toisiinsa kytkettyjen huokostilojen verkon, joka mahdollisti maakaasun virtauksen kaivoon.
Valitettavasti monet hydraulisen murtumisprosessin aiheuttamista murtumista napsautettiin kiinni, kun pumput sammutettiin. Barnettin liuske haudattiin niin syvästi, että rajoittava paine sulki uudet murtumat. Tämä ongelma ratkaistiin lisäämällä hiekkaa hajoamisnesteeseen. Kun kallio murtui, veden kiire äskettäin avattuun huokostilaan kantaisi hiekkajyvät syvälle kallioyksikköön. Kun vedenpainetta alennettiin, hiekkajyvät "työnsivät" murtuman auki ja antoivat maakaasun virtauksen murtumien läpi kaivon reikään. Nykyään on olemassa erilaisia luonnollisia ja synteettisiä tuotteita, joita myydään nimellä "frac sand".
Mitchell Energy paransi edelleen kaivojensatoa tuottamalla poraamalla ne vaakasuoraan Barnett-liuskan läpi. Pystysuorat kaivot aloitettiin pinnalta, ohjattiin vaakasuuntaiseen suuntaan ja ajettiin Barnett-liuskan läpi tuhansien jalkojen ajan. Tämä moninkertaisti palkkavyöhykkeen pituuden kaivossa. Jos kallioyksikkö oli 100 jalkaa paksu, siinä olisi 100 jalan palkkavyöhyke pystysuorassa kaivossa. Kuitenkin, jos kaivoa ohjataan vaakatasossa ja se pysyi vaakasuorassa 5000 jalkaa kohdemuodostuman läpi, niin palkkavyöhykkeen pituus oli viisikymmentä kertaa pidempi kuin pystysuoran kaivon palkkialue.
Mitchell Energy käytti hydraulista murtumista ja vaakaporausta moninkertaistamaan Barnett Shale -kaivojen tuottavuuden. Itse asiassa monet heidän erittäin menestyvistä kaivoista olisivat olleet epäonnistumisia, jos ne olisivat olleet pystysuoria kaivoja ilman hydraulista hajoamista.
Rei'ityspistooli: Käyttämätön ja käytetty rei'ityspistooli, jota käytetään öljyn ja kaasun porauksessa ja hydraulisessa murtamisessa. Pohjassa olevassa putkessa on putken sisälle asennettujen räjähteiden aiheuttamia reikiä. Kuva: Bill Cunningham, USGS.
Hydraulinen murtuminen muissa liuskelevyissä
Kuten muut oppivat Mitchell Energys -menestyksestä Texasin Barnett Shale -laitteessa, vaakaporaus- ja hydraulimurtamismenetelmiä kokeiltiin muissa orgaanisesti rikkaissa liuskeissa. Nämä menetelmät onnistuivat nopeasti Louisiana, Texasin ja Arkansasin Haynesville-liuske- ja Fayetteville-liuskelevyissä - sitten Appalachian altaan Marcellus-liuskelevyssä. Menetelmät toimivat monissa muissa liuskeissa, ja niitä käytetään nyt orgaanisesti rikkaiden liuskeiden kehittämiseen monissa osissa maailmaa.
Hydraulinen murtuminen on mahdollistanut myös maakaasunesteiden ja öljyn tuotannon monista kaivoista. Kiviyksiköt, kuten Pohjois-Dakotan Bakken-liuske ja Coloradon, Kansasin, Nebraskan ja Wyomingin Niobraran liuske, tuottavat nyt huomattavia määriä öljyä hydraulisesta murtumisesta.
Frac-vesisuojalammikko: Veden sijoittaminen poratyynyllä Fayettevillen liuskekaasupelillä Arkansasissa. Tämänkaltaisia vuorattuja lampia käytetään murtoveden varastointiin porauspaikoilla kaikissa maakaasupeleissä. Kuva: Bill Cunningham, USGS.
Murskautuvat nesteet
Vesi on hydraulinesteen murtumisprosessissa käytetty käyttöneste. Kuopan ominaisuuksista ja murtuvasta kivistä riippuen voidaan tarvita muutama miljoona gallonaa vettä hydraulisen murtotyön suorittamiseksi.
Kun vettä pumpataan kaivoon, kaivon koko pituutta ei paineisteta. Sen sijaan tulpat työnnetään kaivon osan eristämiseksi siitä kohdasta, jossa halkeamia halutaan. Vain tämä kaivo-osa ottaa vastaan täyden pumppausvoiman. Kun paine kasvaa tässä kaivo-osassa, vesi avaa murtumia ja käyttöpaine laajentaa murtumat syvälle kallioyksikköön. Kun pumppaus pysähtyy, nämä murtumat sulkeutuvat nopeasti, ja niiden avaamiseen käytetty vesi työnnetään takaisin reikään, takaisin kaivoon ja kerätään pinnalle. Pintaan palautettu vesi on sekoitus injektoidusta vedestä ja huokosveestä, joka on ollut kiinni kiviyksikössä miljoonia vuosia. Huokosvesi on yleensä suolavesi, jossa on merkittäviä määriä liuenneita kiinteitä aineita.
Kemikaaleja lisätään usein veteen, jota käytetään hydraulisessa murtamisessa. Nämä lisäaineet palvelevat erilaisia tarkoituksia. Jotkut sakeuttavat vettä geeliksi, joka on tehokkaampi avaamaan murtumia ja kantamaan potkuriaineita syvälle kallioyksikköön. Muita kemikaaleja lisätään: kitkan vähentämiseksi, kiven roskien pitämiseksi nestessä suspendoituneina, laitteiden korroosion estämiseksi, bakteerien tappamiseksi, pH: n ja muiden toimintojen hallitsemiseksi.
Useimmat yritykset ovat vastustaneet paljastuneiden nesteiden koostumuksen paljastamista. He uskovat, että nämä tiedot olisi pidettävä yksityisinä heidän kilpailevan tutkimuksensa suojelemiseksi. Sääntelyviranomaiset alkavat kuitenkin kysyä tietoja, ja jotkut yritykset alkavat jakaa tietoja vapaaehtoisesti.
Frac-hiekka: Hienorakeinen piidioksidihiekka sekoitetaan kemikaalien ja veden kanssa ennen pumppaamista kivimuodostelmiin, jotta estettäisiin vasta syntyneiden keinotekoisten murtumien sulkeutuminen, kun hydraulinen murtuminen on valmis. Kuva: Bill Cunningham, USGS.
Proppants
Hydraulisessa murtamisessa käytetään erilaisia apuaineita. Nämä ovat pieniä murskarkestäviä hiukkasia, jotka hydraulinen murtumisneste kuljettaa murtumiin. Kun pumput kytketään pois päältä ja murtumat romahtavat, nämä murskauksenkestävät hiukkaset pitävät murtuman auki, jolloin syntyy huokostila, jonka kautta maakaasu voi kulkea kaivoon.
Frac-hiekka on nykyään yleisimmin käytetty ainesosa, mutta myös alumiinihelmiä, keraamisia helmiä, sintrattua boksiittia ja muita materiaaleja on käytetty. Yli miljoona puntaa kannattajia voidaan käyttää hajottamalla yksi kaivo.
Satelliittikuvanäkymä vaakakuopista: Satelliittikuva Utica Shale -porauspaikasta, johon on rakennettu yhdeksän vaakakuoppaa ja joita on stimuloitu hydraulisella murtamisella.
Ympäristöongelmat
Hydrauliseen hajoamiseen liittyy joukko ympäristöä koskevia huolenaiheita. Nämä sisältävät:
1) Kaivossa syntyvät murtumat voivat ulottua suoraan mataliin kallioyksiköihin, joita käytetään juomaveden toimittamiseen. Tai kaivossa syntyvät murtumat voivat olla yhteydessä luonnollisiin murtumiin, jotka ulottuvat mataliin kallioyksiköihin, joita käytetään juomaveden toimittamiseen.
2) Kaivon kotelo saattaa epäonnistua ja antaa nesteiden päästä mataliin kallioyksiköihin, joita käytetään juomaveden toimittamiseen.
3) Hydraulisten hajoamisnesteiden tai murtotöiden aikana karkotettujen nesteiden vahingossa tapahtunut vuotaminen voi valua maahan tai saastuttaa pintaveden.
Tuotannon edut
Hydraulinen murtuminen voi merkittävästi lisätä kaivon satoa. Kun se yhdistetään vaakasuoraan poraukseen, kannattamattomat kivimuodostumat muunnetaan usein tuottaviksi maakaasukentiksi. Tekniikka on suuresti vastuussa Barnett Shale-, Haynesville Shale-, Fayetteville Shale- ja Marcellus Shale -kaasukenttien kehittämisestä. Se voi myös vapauttaa öljyä tiukoista kiviyksiköistä, kuten on tehty Bakken-liuske- ja Niobrara-liuskella.
Hydraulinen hajoamisprosessi ja sen kanssa käytetyt kemikaalit aiheuttavat suurimman huolen ympäristövaikuttajalle, joka seuraa maakaasuteollisuutta. Tarvitaan sääntely-ympäristö, joka mahdollistaa näiden tekniikoiden käytön ja tarjoaa ympäristönsuojatoimenpiteitä vesivarantojen ja ihmisten, jotka asuvat porausalueilla, suojelemiseksi.