التكسير الهيدروليكي لآبار النفط والغاز المحفورة في الصخر الزيتي

المحتوى

• ما هو التكسير الهيدروليكي؟
• كم من الوقت تم استخدام التكسير الهيدروليكي؟
• الاستخدام الناجح للكسر الهيدروليكي في الصخر الزيتي
• التكسير الهيدروليكي في المسرحيات الصخرية الأخرى
• تكسير السوائل
• Proppants
• مخاوف بيئية
• فوائد الإنتاج

المضخات ومحركات الديزل جاهزة للفارك: صورة لعملية التكسير الهيدروليكي التي تجري في منصة حفر في مسرحية الغاز Marcellus Shale في جنوب غرب ولاية بنسلفانيا. هناك مجموعة هائلة من المضخات ومحركات الديزل والشاحنات المائية وخلاطات الرمل وتركيبات السباكة في مكانها من أجل الشجار. الصورة من قبل دوغ دنكان ، USGS.

ما هو التكسير الهيدروليكي؟

التكسير الهيدروليكي هو إجراء يمكن أن يزيد من تدفق الزيت أو الغاز من البئر. يتم ذلك عن طريق ضخ السوائل أسفل بئر في وحدات صخرية تحت سطح الأرض تحت ضغوط عالية بما يكفي لكسر الصخور. الهدف من ذلك هو إنشاء شبكة من الكسور المترابطة التي ستكون بمثابة مسام لحركة النفط والغاز الطبيعي إلى تجويف البئر.

تحول التكسير الهيدروليكي مع الحفر الأفقي إلى حجارة غنية العضوية غير منتجة سابقًا في أكبر حقول الغاز الطبيعي في العالم. أمثلة Marcellus Shale ، و Utica Shale ، و Barnett Shale ، و Eagle Ford Shale ، و Bakken Formation ، هي أمثلة على وحدات الصخور غير المنتجة سابقًا والتي تم تحويلها إلى حقول غاز أو نفط رائعة عن طريق التكسير الهيدروليكي.

كم من الوقت تم استخدام التكسير الهيدروليكي؟

أول استخدام للكسر الهيدروليكي لتحفيز آبار النفط والغاز الطبيعي في الولايات المتحدة تم منذ أكثر من 60 عامًا. حصلت شركة Haliburton Oil Well Cementing Company على براءة اختراع لهذا الإجراء في عام 1949. نجحت الطريقة في زيادة معدلات إنتاج الآبار وانتشار الممارسة بسرعة. يتم استخدامه الآن في جميع أنحاء العالم في الآلاف من الآبار كل عام. لدينا البنزين ووقود التدفئة والغاز الطبيعي وغيرها من المنتجات المصنوعة من المنتجات البترولية سيكلف الكثير إذا لم يتم اختراع التكسير الهيدروليكي.

الحفر الأفقي والتكسير الهيدروليكي: رسم تخطيطي مبسط لبئر الغاز الطبيعي الذي تم بناؤه بواسطة الحفر الأفقي من خلال Marcellus Shale والتكسير الهيدروليكي على الجزء الأفقي من البئر.

منصة حفر جاهزة للتكسير الهيدروليكي: صورة أخرى لمنصة حفر في يوم فارك في مسرحية غاز مارسيلوس شيل في جنوب غرب ولاية بنسلفانيا. الصورة من قبل دوغ دنكان ، USGS.

الاستخدام الناجح للكسر الهيدروليكي في الصخر الزيتي

في أوائل التسعينيات ، بدأت Mitchell Energy في استخدام التكسير الهيدروليكي لتحفيز إنتاج الغاز الطبيعي من الآبار المحفورة في Barnett Shale في تكساس. يحتوي بارنيت شيل على كميات هائلة من الغاز الطبيعي. ومع ذلك ، نادرا ما تنتج Barnett الغاز الطبيعي بكميات تجارية.

أدركت شركة ميتشل للطاقة أن الغاز في بارنيت شيل كان محاصرا في المسام الصغيرة التي لم تكن مترابطة. كان للصخر مساحة مسام ولكنه يفتقر إلى النفاذية. الآبار التي يتم حفرها من خلال Barnett Shale عادة ما يكون لديها عرض للغاز ولكن ليس ما يكفي من الغاز للإنتاج التجاري. قامت Mitchell Energy بحل هذه المشكلة عن طريق التكسير الهيدروليكي لشريط Barnett Shale لإنشاء شبكة من مسام المسام المترابطة التي أتاحت تدفق الغاز الطبيعي إلى البئر.

لسوء الحظ ، تم إغلاق العديد من الكسور الناتجة عن عملية التكسير الهيدروليكي عند إغلاق المضخات. تم دفن Barnett Shale بعمق لدرجة أن الضغط الضيق أغلق الكسور الجديدة. تم حل هذه المشكلة عن طريق إضافة الرمل إلى سائل التكسير. عندما يتم تكسير الصخور ، فإن اندفاع الماء إلى مساحة المسام المفتوحة حديثًا يحمل حبيبات الرمل في عمق وحدة الصخور. عندما تم تقليل ضغط المياه ، "حبيبات الرمل" "مساندة" فتح الكسر والسماح بتدفق الغاز الطبيعي من خلال الكسور وإلى تجويف البئر. اليوم هناك مجموعة متنوعة من المنتجات الطبيعية والاصطناعية التي تباع تحت اسم "رمل فارك".

قامت Mitchell Energy بتحسين إنتاجية آبارها عن طريق حفرها أفقياً عبر Barnett Shale. بدأت الآبار العمودية على السطح ، وتم توجيهها إلى اتجاه أفقي وتم نقلها عبر Barnett Shale لآلاف الأقدام. هذا ضرب طول منطقة الدفع في البئر. إذا كان سمك وحدة الصخور 100 قدم ، فستكون هناك منطقة دفع 100 قدم في بئر عمودي. ومع ذلك ، إذا تم توجيه البئر أفقيًا وبقيت أفقية لمسافة 5000 قدم خلال التكوين المستهدف ، فإن طول منطقة الدفع أطول خمسين مرة من منطقة الدفع للبئر العمودي.

استخدمت شركة ميتشل للطاقة التكسير الهيدروليكي والحفر الأفقي لمضاعفة إنتاجية آبار بارنيت شيل. في الواقع ، فإن العديد من آبارها الناجحة للغاية كانت ستعطل إذا كانت آبار رأسية دون التكسير الهيدروليكي.

بندقية ثقب: بندقية ثقوب غير مستخدمة ومستهلكة تستخدم في التنقيب عن النفط والغاز والتكسير الهيدروليكي. يُظهر الأنبوب الموجود في الجزء السفلي الثقوب الناتجة عن الشحنات المتفجرة التي يتم تركيبها داخل الأنبوب. تصوير بيل كننغهام ، USGS.

التكسير الهيدروليكي في المسرحيات الصخرية الأخرى

كما علم الآخرون من نجاح Mitchell Energys في Barnett Shale في تكساس ، فإن طرق الحفر الأفقي والتكسير الهيدروليكي قد جُربت في صخور غنية عضوية أخرى. نجحت هذه الأساليب بسرعة في Haynesville Shale و Fayetteville Shale من لويزيانا وتكساس وأركنساس - ثم في Marcellus Shale في حوض الآبالاش. الأساليب المستخدمة في العديد من الصخر الزيتي وتستخدم الآن لتطوير الصخور الغنية العضوية في أجزاء كثيرة من العالم.

مكّن التكسير الهيدروليكي أيضًا من إنتاج سوائل الغاز الطبيعي والزيوت من العديد من الآبار. الوحدات الصخرية مثل Bakken Shale of North Dakota و Niobrara Shale of Colorado و Kansas و Nebraska و Wyoming تنتج الآن كميات كبيرة من النفط من التكسير الهيدروليكي.

بركة احتواء المياه فارك: حجز مياه في منصة حفر في مسرحية غاز فايتفيل شيل في أركنساس. تستخدم الأحواض المبطنة هذه لتخزين المياه في مواقع الحفر في جميع مسرحيات الغاز الطبيعي. تصوير بيل كننغهام ، USGS.

تكسير السوائل

الماء هو سائل القيادة المستخدم في عملية التكسير الهيدروليكي. اعتمادًا على خصائص البئر والصخور التي يتم تكسيرها ، يمكن طلب بضعة ملايين جالون من الماء لإكمال مهمة التكسير الهيدروليكي.

عندما يتم ضخ الماء في البئر ، لا يتم ضغط طول البئر بالكامل. بدلاً من ذلك ، يتم إدخال المقابس لعزل جزء البئر حيث تكون الكسور مطلوبة. يستقبل هذا القسم من البئر القوة الكاملة للضخ. عندما يتراكم الضغط في هذا الجزء من البئر ، يفتح الماء الكسور ، ويمدد ضغط القيادة الكسور في عمق وحدة الصخور. عندما تتوقف الضخ ، تغلق هذه الكسور بسرعة ، ويتم دفع المياه المستخدمة لفتحها مرة أخرى إلى البئر ، ثم تنسخ البئر وتجمع على السطح. المياه التي يتم إرجاعها إلى السطح هي خليط من المياه المحقونة ومياه المسام التي تم احتجازها في وحدة الصخور لملايين السنين. عادة ما يكون ماء المسام محلول ملحي يحتوي على كميات كبيرة من المواد الصلبة الذائبة.

غالبًا ما تضاف المواد الكيميائية إلى الماء المستخدم في التكسير الهيدروليكي. هذه الإضافات تخدم مجموعة متنوعة من الأغراض. بعض سماكة الماء في هلام الذي هو أكثر فعالية في فتح الكسور وتحمل المواد الداعمة في عمق وحدة الصخور. يتم إضافة مواد كيميائية أخرى إلى: تقليل الاحتكاك ، والحفاظ على بقايا الصخور معلقة في السائل ، ومنع تآكل المعدات ، وقتل البكتيريا ، والسيطرة على درجة الحموضة وغيرها من المهام.

كانت معظم الشركات مقاومة للكشف عن تكوين سوائل التكسير الهيدروليكي الخاصة بهم. يعتقدون أن هذه المعلومات يجب أن تبقى سرية لحماية أبحاثهم التنافسية. ومع ذلك ، بدأ المنظمون في طلب المعلومات ، وبدأت بعض الشركات في مشاركة المعلومات طواعية.

رمل فارك: يتم خلط رمل السيليكا ذي الحبيبات الدقيقة مع المواد الكيميائية والماء قبل ضخه في التكوينات الصخرية لمنع الكسور الاصطناعية المنشأة حديثًا من الإغلاق بعد اكتمال التكسير الهيدروليكي. تصوير بيل كننغهام ، USGS.

Proppants

تستخدم مجموعة متنوعة من المواد الداعمة في التكسير الهيدروليكي. هذه هي جزيئات صغيرة مقاومة للسحق والتي يتم حملها في الكسور بواسطة مائع التكسير الهيدروليكي. عندما يتم إيقاف تشغيل المضخات وانهيار الكسور ، فإن هذه الجزيئات المقاومة للسحق تحمل الكسر مفتوحًا ، مما يخلق مساحة مسام يمكن من خلالها الغاز الطبيعي الانتقال إلى البئر.

رمل فراك هو المادة الداعمة الأكثر شيوعًا اليوم ، لكن حبات الألمنيوم ، والخرز الخزفي ، والبوكسيت الملبد وغيرها من المواد استخدمت أيضًا. يمكن استخدام أكثر من مليون رطل من المواد الداعمة أثناء تكسير بئر واحدة.

عرض صورة القمر الصناعي للآبار الأفقية: منظر عبر الأقمار الصناعية لموقع حفر Utica Shale حيث تم بناء تسعة آبار أفقية وتحفيزها بالكسر الهيدروليكي.

مخاوف بيئية

هناك عدد من المخاوف البيئية المتعلقة بالتكسير الهيدروليكي. وتشمل هذه:

1) قد تمتد الكسور الناتجة في البئر مباشرة إلى وحدات صخرية ضحلة تستخدم في إمدادات مياه الشرب. أو ، قد تتواصل الكسور المنتجة في البئر مع الكسور الطبيعية التي تمتد إلى وحدات صخرية ضحلة تستخدم في إمدادات مياه الشرب.

2) قد يفشل غلاف البئر ويسمح للسوائل بالهروب إلى الوحدات الصخرية الضحلة المستخدمة في إمدادات مياه الشرب.

3) قد تتسرب إلى الأرض أو تلوث المياه السطحية بالتسرب العرضي لسوائل التكسير الهيدروليكي أو السوائل المطاردة خلال مهمة التكسير.

فوائد الإنتاج

يمكن أن يزيد التكسير الهيدروليكي بشكل كبير من إنتاجية البئر. عندما يتم دمجها مع الحفر الأفقي ، غالبًا ما يتم تحويل التكوينات الصخرية غير المربحة إلى حقول غاز طبيعي منتجة. هذه التقنية مسؤولة إلى حد كبير عن تطوير حقول غاز بارنيت شايل وهاينزفيل شيل وفاييتفيل شايل ومارسيلوس شايل. يمكن أن يحرر الزيت أيضًا من الوحدات الصخرية الضيقة كما حدث مع Bakken Shale و Niobrara Shale.

تسبب عملية التكسير الهيدروليكي والمواد الكيميائية المستخدمة معها أكبر قدر من القلق للمدافعين عن البيئة الذين يشاهدون صناعة الغاز الطبيعي. هناك حاجة إلى بيئة تنظيمية تسمح باستخدام هذه التقنيات وتوفير ضمانات بيئية لحماية إمدادات المياه والأشخاص الذين يعيشون في المناطق التي يحدث فيها الحفر.