Innhold
- Hva er hydraulisk brudd?
- Hvor lenge har man brukt hydraulisk brudd?
- Vellykket bruk av hydraulisk brudd i skifer
- Hydraulisk brudd i andre skiferspiller
- Frakturerende væsker
- proppe
- Miljø bekymringer
- Produksjonsfordeler
Pumper og dieselmotorer klare for frac: Bilde av en hydraulisk bruddoperasjon som ble utført ved en borepute i gassspillet Marcellus Shale i det sørvestlige Pennsylvania. En enorm samling av pumper, dieselmotorer, vannbiler, sandblandere og rørleggere er på plass for frac. Bilde av Doug Duncan, USGS.
Hva er hydraulisk brudd?
Hydraulisk brudd er en prosedyre som kan øke strømmen av olje eller gass fra en brønn. Det gjøres ved å pumpe væsker ned en brønn i bergenheter under overflaten under trykk som er høye nok til å sprekke fjellet. Målet er å lage et nettverk av sammenkoblede brudd som vil tjene som porerom for bevegelse av olje og naturgass til brønnboringen.
Hydraulisk brudd kombinert med horisontalboring har gjort tidligere uproduktive organisk rike skifer til de største naturgassfeltene i verden. Marcellus Shale, Utica Shale, Barnett Shale, Eagle Ford Shale og Bakken Formation er eksempler på tidligere uproduktive bergsenheter som er blitt omdannet til fantastiske gass- eller oljefelt ved hydraulisk brudd.
Hvor lenge har man brukt hydraulisk brudd?
Den første bruken av hydraulisk brudd for å stimulere oljer og naturgassbrønner i USA ble gjort for over 60 år siden. Haliburton Oil Well Cementing Company fikk patent på prosedyren i 1949. Metoden økte vellykket produksjonshastighet for brønner og praksisen spredte seg raskt. Det brukes nå over hele verden i tusenvis av brønner hvert år. Våre bensiner, fyringsdrivstoff, naturgass og andre produkter laget av petroleumsprodukter ville koste mye mer hvis ikke hydraulisk brudd hadde blitt oppfunnet.
Horisontalboring og hydraulisk brudd: Forenklet diagram over en naturgassbrønn som er konstruert med horisontal boring gjennom Marcellus-skiferen og hydraulisk brudd på den horisontale delen av brønnen.
Borepute klar for hydraulisk brudd: Nok et bilde av en borestokk på frac-dagen i Marcellus Shale-gassspillet i det sørvestlige Pennsylvania. Foto av Doug Duncan, USGS.
Vellykket bruk av hydraulisk brudd i skifer
På begynnelsen av 1990-tallet begynte Mitchell Energy å bruke hydraulisk brudd for å stimulere produksjonen av naturgass fra brønner som ble boret i Barnett Shale i Texas. Barnett-skiferen inneholdt enorme mengder naturgass; Barnett produserte imidlertid sjelden naturgass i kommersielle mengder.
Mitchell Energy innså at gass i Barnett-skiferen var fanget i små porerom som ikke var sammenkoblet. Bergarten hadde poreplass, men manglet permeabilitet. Brønner som bores gjennom Barnett-skiferen, vil vanligvis ha et show av gass, men ikke nok gass til kommersiell produksjon. Mitchell Energy løste dette problemet ved å hydraulisk sprekke Barnett-skiferen for å skape et nettverk av sammenkoplede porerom som muliggjorde en flyt av naturgass til brønnen.
Dessverre klikket mange av bruddene som ble produsert ved den hydrauliske bruddprosessen, lukket da pumpene ble slått av. Barnett-skiferen ble så dypt begravet at begrensende trykk stengte de nye bruddene. Dette problemet ble løst ved å tilsette sand til bruddvæsken. Da berget brøt, ville rusen med vann inn i det nyåpnede porerommet føre sandkorn dypt inn i fjellet. Da vanntrykket ble redusert, "støttet" sandkornene bruddet åpent og tillot en strøm av naturgass gjennom bruddene og inn i brønnhullet. I dag er det en rekke naturlige og syntetiske produkter som selges under navnet "frac sand."
Mitchell Energy forbedret utbyttet av brønnene ytterligere ved å bore dem horisontalt gjennom Barnett-skiferen. Vertikale brønner ble startet ved overflaten, styrt til en horisontal retning og kjørt gjennom Barnett-skiferen i tusenvis av fot. Dette multipliserte lengden på betalingssonen i brønnen. Hvis en steinenhet var 100 fot tykk, ville den ha en lønnssone på 100 fot i en vertikal brønn. Imidlertid, hvis brønnen ble styrt vannrett og holdt seg horisontal i 5000 fot gjennom målformasjonen, var lengden på lønnssonen femti ganger lengre enn lønnssonen til en vertikal brønn.
Mitchell Energy brukte hydraulisk brudd og horisontal boring for å multiplisere produktiviteten til Barnett Shale-brønner. Faktisk ville mange av deres meget vellykkede brønner vært feil hvis de var vertikale brønner uten hydraulisk brudd.
Perforasjonspistol: Ubrukt og brukt perforeringspistol brukt i olje- og gassboring og hydraulisk brudd. Røret på bunnen viser hull laget av eksplosjonsladningene montert inne i røret. Foto av Bill Cunningham, USGS.
Hydraulisk brudd i andre skiferspiller
Som andre fikk vite om Mitchell Energys suksess i Barnett Shale i Texas, ble metodene for horisontalboring og hydraulisk brudd prøvd i andre organisk-rik skifer. Disse metodene lyktes raskt i Haynesville-skiferen og Fayetteville-skiferen i Louisiana, Texas og Arkansas - deretter i Marcellus-skiferen i Appalachian Bassin. Metodene fungerte i mange andre skifere og brukes nå til å utvikle organisk rik skifer i mange deler av verden.
Hydraulisk brudd har også muliggjort produksjon av naturgassvæsker og olje fra mange brønner. Bergenheter som Bakken Shale i Nord-Dakota og Niobrara Shale i Colorado, Kansas, Nebraska og Wyoming gir nå betydelige mengder olje fra hydraulisk brudd.
Frac vann inneslutning dam: Et vannmassasje ved en borepute i Fayetteville Shale-gassspillet i Arkansas. Fôrede dammer som dette brukes til lagring av friskt vann på boreplasser i alle naturgassspillene. Foto av Bill Cunningham, USGS.
Frakturerende væsker
Vann er drivvæsken som brukes i den hydrauliske bruddprosessen. Avhengig av egenskapene til brønnen og fjellet som blir sprukket, kan det være nødvendig med noen millioner gallon vann for å fullføre en hydraulisk bruddjobb.
Når vannet pumpes inn i brønnen, blir ikke hele brønnens lengde trykksatt. I stedet settes plugger inn for å isolere delen av brønnen der bruddene er ønsket. Bare denne delen av brønnen får full pumpekraft. Når trykket bygger seg opp i denne delen av brønnen, åpner vann brudd, og drivtrykket utvider bruddene dypt inn i fjellet. Når pumpingen stopper, knuses disse bruddene raskt, og vannet som brukes til å åpne dem skyves tilbake i borehullet, sikkerhetskopierer brønnen og samles opp på overflaten. Vannet som returneres til overflaten er en blanding av vannet som injiseres og porevannet som har blitt fanget i fjelletheten i millioner av år. Porevannet er vanligvis en saltlake med betydelige mengder oppløste faste stoffer.
Kjemikalier blir ofte tilsatt vannet som brukes i hydraulisk brudd. Disse tilsetningsstoffene tjener en rekke formål. Noen tykner vannet til en gel som er mer effektiv ved å åpne brudd og føre proppanter dypt inn i fjellet. Andre kjemikalier tilsettes for å: redusere friksjon, holde steinrester suspendert i væsken, forhindre korrosjon av utstyr, drepe bakterier, kontrollere pH og andre funksjoner.
De fleste selskaper har vært motstandsdyktige mot å avsløre sammensetningen av sine hydrauliske bruddvæsker. De mener at denne informasjonen bør holdes privat for å beskytte deres konkurransedyktige forskning. Tilsynsmyndigheter begynner imidlertid å kreve informasjonen, og noen selskaper begynner å dele informasjonen frivillig.
Frac sand: Finkornet silikasand blandes med kjemikalier og vann før den pumpes inn i fjellformasjoner for å forhindre at de nyopprettede kunstige bruddene lukkes etter at hydraulisk brudd er fullført. Foto av Bill Cunningham, USGS.
proppe
En rekke støttemidler brukes i hydraulisk brudd. Dette er små knusebestandige partikler som føres inn i bruddene av det hydrauliske bruddfluidet. Når pumpene er slått av og bruddene faller sammen, holder disse knusebestandige partiklene bruddet åpent, og skaper porerom der naturgass kan bevege seg til brønnen.
Frac sand er det støtteapparatet som oftest brukes i dag, men aluminiumsperler, keramiske perler, sintret bauxitt og andre materialer har også blitt brukt. Over en million pund av støttemidler kan brukes mens du sprekker en enkelt brønn.
Satellittbildevisning av horisontale brønner: Satellittutsikt over et Utica Shale-borested der ni horisontale brønner er blitt konstruert og stimulert med hydraulisk brudd.
Miljø bekymringer
Det er en rekke miljøhensyn knyttet til hydraulisk brudd. Disse inkluderer:
1) Brudd produsert i brønnen kan strekke seg direkte til grunne bergarter som brukes til drikkevannsforsyning. Eller, brudd produsert i brønnen kan kommunisere med naturlige brudd som strekker seg til grunne bergsenheter som brukes til drikkevannsforsyning.
2) Foringsrøret til en brønn kan svikte og tillate væsker å rømme ut i grunne bergarter som brukes til drikkevannsforsyning.
3) Tilfeldig søl av hydrauliske bruddvæsker eller væsker som utvises under en bruddjobb, kan sive ned i bakken eller forurense overflatevannet.
Produksjonsfordeler
Hydraulisk brudd kan øke utbyttet til en brønn betydelig. Når det kombineres med horisontalboring, omdannes ofte ulønnsomme fjellformasjoner til produktive naturgassfelt. Teknikken er i stor grad ansvarlig for utvikling av gassfeltene Barnett Shale, Haynesville Shale, Fayetteville Shale og Marcellus Shale. Det kan også frigjøre olje fra tette bergsenheter, slik det er gjort med Bakken Shale og Niobrara Shale.
Den hydrauliske bruddprosessen og kjemikaliene som brukes sammen vekker den største bekymringen for miljøforkjempere som følger med på naturgassindustrien. Det er behov for et regulatorisk miljø som gjør det mulig å bruke disse teknikkene og gi miljømessige sikringstiltak for å beskytte vannforsyning og mennesker som bor i områdene der boring skjer.