Indhold
- Hvad er hydraulisk brud?
- Hvor længe er der brugt hydraulisk brud?
- Vellykket anvendelse af hydraulisk brud i skifer
- Hydraulisk brud i andre skiferspil
- Frakturerende væsker
- afstivningsmidler
- Miljøforhold
- Produktionsfordele
Pumper og dieselmotorer klar til frac: Foto af en hydraulisk brudningsoperation, der udføres ved en borepude i Marcellus Shale-gasleget i det sydvestlige Pennsylvania. En enorm samling af pumper, dieselmotorer, vandbiler, sandblandere og VVS-inventar er på plads til frak. Billede af Doug Duncan, USGS.
Hvad er hydraulisk brud?
Hydraulisk brud er en procedure, der kan øge strømmen af olie eller gas fra en brønd. Det gøres ved at pumpe væsker ned i en brønd i undergrundenes stenenheder under tryk, der er høje nok til at sprænge klippen. Målet er at skabe et netværk af sammenkoblede brud, der vil fungere som porerum til bevægelse af olie og naturgas til brøndboringen.
Hydraulisk brud kombineret med vandret boring har forvandlet tidligere uproduktive organiske rigskifer til verdens største naturgasfelter. Marcellus Shale, Utica Shale, Barnett Shale, Eagle Ford Shale og Bakken Formation er eksempler på tidligere uproduktive klippeenheder, der er blevet omdannet til fantastiske gas- eller oliefelter ved hydraulisk brud.
Hvor længe er der brugt hydraulisk brud?
Den første brug af hydraulisk brud til at stimulere olie- og naturgasbrønde i USA blev foretaget for over 60 år siden. Haliburton Oil Well Cementing Company fik udstedt et patent på proceduren i 1949. Metoden øgede med succes øget produktionshastighed for brønden, og fremgangsmåden spredte sig hurtigt. Det bruges nu over hele verden i tusinder af brønde hvert år. Vores benzin, opvarmningsbrændstof, naturgas og andre produkter fremstillet af olieprodukter ville koste meget mere, hvis hydraulisk brud ikke var opfundet.
Horisontalboring og hydraulisk brud: Forenklet diagram over en naturgasbrønd, der er konstrueret med vandret boring gennem Marcellus-skiferen og hydraulisk brud på den horisontale del af brønden.
Borepude klar til hydraulisk brud: Et andet foto af en borepude på frac-dagen i Marcellus Shale-gasspil i det sydvestlige Pennsylvania. Foto af Doug Duncan, USGS.
Vellykket anvendelse af hydraulisk brud i skifer
I de tidlige 1990'ere begyndte Mitchell Energy at bruge hydraulisk brud for at stimulere produktionen af naturgas fra brønde, der blev boret i Barnett Shale i Texas. Barnett-skiferen indeholdt enorme mængder naturgas; Barnett producerede imidlertid sjældent naturgas i kommercielle mængder.
Mitchell Energy indså, at gas i Barnett-skiferen blev fanget i små porepladser, der ikke var forbundet med hinanden. Stenen havde poreplads, men manglede permeabilitet. Brønde, der bores gennem Barnett-skiferen, ville normalt have et show af gas, men ikke nok gas til kommerciel produktion. Mitchell Energy løste dette problem ved hydraulisk spaltning af Barnett-skiferen for at skabe et netværk af sammenkoblede porepladser, der muliggjorde en strøm af naturgas til brønden.
Desværre blev mange af de brud, der blev produceret ved den hydrauliske brudproces, lukket, da pumpene blev slukket. Barnett-skiferen blev så dybt begravet, at et begrænset pres lukkede de nye brud. Dette problem blev løst ved at tilsætte sand til brudvæsken. Da klippen brækkede, ville hastigheden af vand ind i det nyåbnede porerum bære sandkorn dybt ind i klippeenheden. Da vandtrykket blev reduceret, "sandede kornene" bruddet åbent og tilladte en strøm af naturgas gennem brudene og ind i brøndboringen. I dag findes der en række naturlige og syntetiske produkter, der sælges under navnet "frac sand."
Mitchell Energy forbedrede udbyttet af deres brønde yderligere ved at bore dem vandret gennem Barnett-skiferen. Lodrette brønde blev startet ved overfladen, styret til en vandret orientering og drevet gennem Barnett-skiferen i tusinder af fødder. Dette multiplicerede længden af betalingszonen i brønden. Hvis en stenenhed var 100 fod tyk, ville den have en betalingszone på 100 fod i en lodret brønd. Hvis brønden imidlertid blev styret vandret og forblev vandret i 5000 fod gennem måldannelsen, var længden af betalingszonen 50 gange længere end betalingszonen for en lodret brønd.
Mitchell Energy brugte hydraulisk brud og vandret boring til at multiplicere produktiviteten af Barnett Shale-brønde. Faktisk ville mange af deres meget succesrige brønde have været fejl, hvis de var lodrette brønde uden hydraulisk brud.
Perforationspistol: Ubrugt og brugt perforeringspistol anvendt til olie- og gasboring og hydraulisk brud. Røret i bunden viser huller skabt af sprængladninger monteret inde i røret. Foto af Bill Cunningham, USGS.
Hydraulisk brud i andre skiferspil
Som andre fik kendskab til Mitchell Energys succes i Barnett Shale i Texas, blev metoderne til vandret boring og hydraulisk brud prøvet i andre organisk rige skifer. Disse metoder lykkedes hurtigt i Haynesville-skiferen og Fayetteville-skiferen i Louisiana, Texas og Arkansas - derefter i Marcellus-skiferen i Appalachian-bassinet. Metoderne arbejdede i mange andre skifer og bruges nu til at udvikle organisk rige skifere i mange dele af verden.
Hydraulisk brud har også muliggjort produktion af naturgasvæsker og olie fra mange brønde. Klippeenheder som Bakken Shale i North Dakota og Niobrara Shale i Colorado, Kansas, Nebraska og Wyoming giver nu betydelige mængder olie fra hydraulisk brud.
Frac vandindeslutning Dam: Et vandaflejring ved en borepude i Fayetteville Shale-gasspil i Arkansas. Forede damme som denne bruges til opbevaring af frakvand på boresteder i alle naturgasafspilninger. Foto af Bill Cunningham, USGS.
Frakturerende væsker
Vand er drivvæsken brugt i den hydrauliske brudproces. Afhængigt af egenskaberne ved brønden og klippen, der sprækkes, kan der kræves et par millioner gallon vand for at udføre et hydraulisk brudjob.
Når vandet pumpes ind i brønden, undertrykkes ikke hele brøndens længde. I stedet indsættes propper for at isolere den del af brønden, hvor brudene ønskes. Kun dette afsnit af brønden modtager pumpens fulde kraft. Når der opbygges tryk i denne del af brønden, åbner vand brud, og drivtrykket strækker sprækkerne dybt ind i klippeenheden. Når pumpningen stopper, knækkes disse brud hurtigt, og vandet, der bruges til at åbne dem, skubbes tilbage i borehullet, sikkerhedskopieres brønden og opsamles ved overfladen. Vandet, der returneres til overfladen, er en blanding af det injicerede vand og porevand, der har været fanget i klippeenheden i millioner af år. Porevandet er sædvanligvis en saltvand med betydelige mængder af opløste faste stoffer.
Kemikalier tilsættes ofte til vandet, der bruges til hydraulisk brud. Disse additiver tjener en række forskellige formål. Nogle fortykner vandet til en gel, der er mere effektiv til at åbne brud og bære proppanter dybt ind i klippeenheden. Andre kemikalier tilføjes til: mindske friktion, holde stenaffald suspenderet i væsken, forhindre korrosion af udstyr, dræbe bakterier, kontrollere pH og andre funktioner.
De fleste virksomheder har været modstandsdygtige over for at afsløre sammensætningen af deres hydrauliske brudningsvæsker. De mener, at disse oplysninger bør holdes private for at beskytte deres konkurrencedygtige forskning. Tilsynsmyndighederne begynder dog at kræve informationen, og nogle virksomheder begynder frivilligt at dele informationen.
Frac sand: Finkornet silicasand blandes med kemikalier og vand, inden det pumpes ind i klippeformationer for at forhindre, at de nyligt oprettede kunstige brud lukker, når hydraulisk brud er afsluttet. Foto af Bill Cunningham, USGS.
afstivningsmidler
En række af støttemidler bruges til hydraulisk brud. Dette er små knusebestandige partikler, der transporteres ind i sprækkerne af den hydrauliske brudfluid. Når pumperne slukkes, og brudene bryder sammen, holder disse knusresistente partikler bruddet åbent, hvilket skaber poreplads, hvorigennem naturgas kan bevæge sig til brønden.
Frac sand er det mest anvendte brudstof i dag, men aluminiumskugler, keramiske perler, sintret bauxit og andre materialer er også blevet anvendt. Over en million pund proppanter kan bruges, mens en brud bruges.
Satellitbillede af vandrette brønde: En satellitvisning af et Utica Shale-borested, hvor ni vandrette brønde er blevet konstrueret og stimuleret med hydraulisk brud.
Miljøforhold
Der er en række miljøhensyn forbundet med hydraulisk brud. Disse inkluderer:
1) Frakturer, der er produceret i brønden, kan strække sig direkte i lavvandede stenenheder, der bruges til drikkevandforsyning. Eller brud, der er produceret i brønden, kan kommunikere med naturlige brud, der strækker sig til lavvandede klippeenheder, der bruges til drikkevandsforsyning.
2) Foringsrøret på en brønd kan mislykkes og tillader væsker at flygte ud i lavvandede stenenheder, der bruges til drikkevandforsyning.
3) Tilfældigt spild af hydrauliske brudfluider eller væsker, der udvises under et brudjob kan sive ned i jorden eller forurene overfladevand.
Produktionsfordele
Hydraulisk brud kan øge udbyttet af en brønd markant. Når det kombineres med vandret boring, omdannes ugunstige klippeformationer ofte til produktive naturgasfelter. Teknikken er i vid udstrækning ansvarlig for udvikling af gasfelterne Barnett Shale, Haynesville Shale, Fayetteville Shale og Marcellus Shale. Det kan også frigøre olie fra stramme klippeenheder, som det er gjort med Bakken Skifer og Niobrara Skifer.
Den hydrauliske brudproces og de kemikalier, der bruges sammen, skaber den største mængde bekymring for miljøforkæmpere, der holder øje med naturgasindustrien. Der er behov for et lovgivningsmiljø, der gør det muligt at anvende disse teknikker og give miljømæssige beskyttelsesforanstaltninger for at beskytte vandforsyningen og mennesker, der bor i de områder, hvor der forekommer boring.