Frackingin edistysaskel – Low-Tech, High-Tech ja Climate-Tech.

Hydraulic Fracturing Technology Conference (HFTC) pidettiin The Woodlandsissa, Texasissa 1.-3. Pandemian tauko näyttää vihdoin olevan ohi, niin kauan kuin radikaaleja uusia variantteja ei esiinny.

Tauko ei ole pysäyttänyt innovaatiota, joka on aina ollut öljy- ja kaasuteollisuuden keskeinen ainesosa. Tässä on muutamia viimeaikaisia ​​kohokohtia, joista osa tuli HFTC:stä.

Low-tech edistysaskeleita.

Vuonna 2022 valmistuvien kaivojen määrän kasvu sekä pidemmät vaakasuuntaiset kaivonosat ennakoivat murtohiekan nousua. Nykyiset hiekkakaivokset, jotka ovat nykyään useammin altaassa, ovat kuitenkin kärsineet alentuneista hinnoista ja huollosta viime vuosina, eivätkä ne välttämättä pysty täyttämään tarvetta.

Pumpuista on pulaa. Operaattorit pitävät huolta pumppuista, jotka kaipaavat korjausta tai päivitystä, koska vuokrapaikkoja on rajoitetusti.

Jotkut toimijat Permin alueella poraavat pidempiä vaakasuuntaisia ​​kaivoja. Tiedot osoittavat 15-20 %:n kustannussäästöjä kairauksissa ja kaivojen valmistumisissa viime vuosiin verrattuna, osittain siksi, että kaivoja voidaan porata nopeammin. Yksi yritys porasi 2 mailin vaakatasoon vain 10 päivässä.

Tämä vertailu osoittaa nopeamman porauksen: permiporauksen huipulla vuonna 2014 300 porauskonetta porasi alle 20 miljoonaa sivujalkaa vuodessa. Viime vuonna 2021 alle 300 lautasta porattiin 46 miljoonaa jalkaa – merkittävä tulos.

Osa syynä on simul-frac-mallin lisääntyvä käyttö, jossa kaksi vierekkäistä kaivoa rei'itellään ja murretaan yhdessä – 70 % nopeampi valmistuminen kuin perinteinen vetoketju-frac-malli.

Öljyntuotanto jalkaa kohti kasvaa vaakasuuntaisen pituuden myötä 1 mailista 2 mailiin. Vaikka useimmat Permin kaivot ovat nyt vähintään 2 mailia pitkiä, jotkut operaattorit ylittävät rajoja. Yhdelle toimijalle lähes 20 % kaivoista on 3 mailia pitkiä, ja he ovat tyytyväisiä tuloksiin.

Jotkut raportoivat kuitenkin vaihtelevia tuloksia tuottavuuden osalta jalkaa kohti. Vaikka jotkut pidemmät kaivot pysyivät ennallaan, jotkut kaivot putosivat 10-20 % 2 mailin ja 3 mailin pituuksien välillä. Lopullista tulosta ei ole vielä saatavilla.

Tämän sivupalkki on valtava määrä vettä ja hiekkaa, jota käytetään 3 mailin vaakasuuntaisen kaivon murtamiseen. Jos tyypillisestä 2 mailin kaivosta vuonna 2018 saadut luvut ekstrapoloidaan 3 mailin kaivoon, havaitsemme, että kokonaisvesimäärät nousevat 40 jalast 60 jalkaan jalkapallostadionin nurmialueella – ja tämä herättää kysymyksiä frac vettä. Samanlainen paljastus näkyy kokonaishiekkamäärillä, jotka nousevat 92 junavaunukontista 138 konttiin. Ja tämä on vain yhdelle kaivolle

Korkean teknologian kehitys.  

Kaivonpäässä keskitytään entistä enemmän tiedon keräämiseen ja datan diagnosointiin vaakasuuntaisten kaivojen halkeamisen parantamiseksi. 

Lähikenttäyhteys.

Seismos on kehittänyt innovatiivisen diagnostiikan, joka voi luonnehtia, kuinka hyvä yhteys kaivon ja säiliön välillä on, mikä on avain öljyn virtaamiseen vaakasuoraan kaivoon.

Akustista pulssia käytetään mittaamaan virtausvastusta murtuneen kaivon reiän lähellä. Mitta on nimeltään NFCI, lähikenttäyhteysindeksille, ja se voidaan mitata koko vaakasuuntaisen kaivon kautta. On osoitettu, että NFCI korreloi öljyntuotannon kanssa jokaisessa frac-vaiheessa.

Tutkimukset ovat osoittaneet, että NFCI riippuu:

· Säiliön geologia – hauraat kivet antavat suuremmat NFCI-luvut kuin sitkeät kivet.

· Muiden kaivojen läheisyys, jotka voivat aiheuttaa jännityksiä, jotka saavat NFCI-luvut vaihtelemaan vaakasuoraa kaivoa pitkin.

· Vaihtimen lisääminen tai rajoitetun sisääntulofrac-rakenteen käyttö, joka voi nostaa NFCI-arvoja 30 %.

Suljetun kaivon paineen valvonta.  

Toinen huipputekninen esimerkki on SWPM, joka tarkoittaa Sealed Wellbore Pressure Monitoringia. Vaakasuora monitorikaivo, joka on täytetty paineen alaisena nesteellä, erottuu toisesta vaakasuorasta kaivosta, joka halkeaa koko pituudeltaan. Näytön painemittarit tallentavat hyvin pienet painemuutokset frac-toimintojen aikana.

Prosessin ovat kehittäneet Devon Energy ja Well Data Labs. Vuodesta 2020 lähtien on analysoitu yli 10,000 40 murtumisvaihetta – tyypillisesti 2 XNUMX mailin sivusuunnassa.

Kun murtumat leviävät tietystä murtumavaiheesta ja saavuttavat monitorin hyvin, painehälytys kirjataan. Ensimmäinen lipsahdus verrataan pumpatun frac-nesteen tilavuuteen, jota kutsutaan VFR:ksi. VFR:ää voidaan käyttää klusterin murtuman tehokkuuden välityspalvelimena ja jopa murtuman geometrian selvittämiseen. 

Toinen tavoite voi olla ymmärtää, voiko säiliön ehtyminen, joka johtuu jo olemassa olevasta vanhemmasta, vaikuttaa murtumien kasvuun. Uusi murtuma pyrkii suuntautumaan kohti säiliön tyhjentynyttä osaa.

Kuituoptisesta kaapelista peräisin oleva jännitys.   

Valokuitukaapeli voidaan kiristää vaakasuoraa kaivoa pitkin ja kiinnittää kaivon kotelon ulkopuolelle. Optinen kaapeli on suojattu metallisuojalla. Lasersäde lähetetään alas kaapelia pitkin, ja se poimii kaapelin pienen puristumisen tai laajenemisen (eli venymisen) aiheuttamat heijastukset, kun kaivon murtuman geometria muuttuu öljyntuotannon aikana tapahtuvan kaivon paineen muutoksen vuoksi.

Tarkat ajat tallennetaan, kun laserheijastus tapahtuu, ja tätä voidaan käyttää laskemaan, mikä kohta kaapelissa puristettiin – jopa 8 tuuman kaivon segmentit voidaan tunnistaa.

Lasersignaalit liittyvät murtuman geometriaan ja tuottavuuteen tietyssä rei'itysklusterissa. Suuri venymän muutos viittaa siihen, että kyseiseen rei'itykseen liittyvän murtuman leveys on suuri. Mutta mikään jännityksen muutos ei osoittaisi murtumaa kyseisessä rei'ityksessä tai murtumaa, jonka johtavuus on erittäin alhainen.

Nämä ovat alkuaikoja, ja tämän uuden teknologian todellista arvoa ei ole vielä määritetty.

Ilmastoteknologian kehitys.  

Nämä ovat ilmastonmuutokseen ja kasvihuonekaasupäästöihin liittyviä innovaatioita, jotka edistävät ilmaston lämpenemistä.

E-fracking.

Öljykentällä yksi tapa vähentää kasvihuonekaasupäästöjä on öljy- ja kaasuyhtiöiden viherryttäminen omaan toimintaansa. Esimerkiksi käyttämällä dieselin sijasta maakaasua tai tuuli- tai aurinkosähköä murskaukseen.  

HFTC:n avajaisistunnossa Michael Segura, vanhempi varapresidentti, sanoi Halliburtonin olevan yksi tärkeimmistä sähkökäyttöisten frac-laivastojen tai e-frac-tekniikan toimijoista. Itse asiassa Halliburton käynnisti e-fracsin vuonna 2016 ja kaupallistettiin vuonna 2019.

Segura sanoi, että etuja ovat polttoaineen säästöt sekä kasvihuonekaasupäästöjen vähentäminen jopa 50 %. Hän väitti, että tämä oli "melko merkittävä vaikutus toimialamme päästöprofiiliin".

Hän sanoi myös, että yritys on sitoutunut "suuresti laitteiden ja mahdollistavan teknologian kehittämiseen, kuten verkkokäyttöiseen murtamiseen". Tämä ilmeisesti viittaa sähkön käyttämiseen verkosta eikä kaasuturbiineista, jotka toimivat kaivonpääkaasulla tai CNG- tai LNG-lähteillä.

Yksi tarkkailija sanoi, että yleisimmät e-laivastot käyttävät kaivonpääkaasua kaasuturbiinien pyörittämiseen sähkön tuottamiseksi. Tämä vähentää kasvihuonekaasujalanjälkeä kahdella kolmasosalla ja tarkoittaa, että tietyllä kasvihuonekaasupäästöluvalla voidaan rakentaa enemmän kaivoja.

E-frakkien osuus markkinoista on tällä hetkellä vain noin 10 %, mutta maailmanlaajuisen kysynnän kasvihuonekaasupäästöjen vähentämiseksi odotetaan lisäävän e-fractien käyttöä, jolloin kasvihuonekaasupäästöjä voidaan vähentää tyypillisesti 50 %.

Maalämpö.  

Geoterminen energia on vihreää fossiilisiin polttoaineisiin verrattuna, koska se ottaa maanalaisista muodostelmista energiaa lämmön muodossa, joka voidaan muuntaa sähköksi.

Hot Dry Rock oli menetelmän nimi geotermisen energian hyödyntämiseksi halkaisemalla graniittia vuoristossa lähellä Los Alamos National Laboratorya (LANL) New Mexicossa. Tämä oli 1970-luvulla.

LANL:ssa keksitty konsepti oli melko yksinkertainen: poraa kalteva kaivo graniittiin ja murskaa kaivo. Poraa jonkin matkan päähän toinen kaivo, joka liittyisi murtoihin. Pumppaa sitten vettä alas ensimmäiseen kaivoon rakojen läpi, josta se kerää lämpöä, ja sitten toiseen kaivoon, jossa kuuma vesi voisi käyttää höyryturbiinia tuottamaan sähköä.

Konsepti oli yksinkertainen, mutta murtumistulokset olivat kaikkea muuta kuin yksinkertaisia ​​– pienten rakojen verkosto, joka monimutkaisi ja vähensi veden virtausta toiseen kaivoon. Tehokkuus ei ollut suuri, ja prosessi oli kallis.

Konseptia on kokeiltu monissa muissa paikoissa ympäri maailmaa, mutta se on edelleen kaupallisen edullisuuden partaalla.

John McLennon, Utahin yliopistosta, puhui HFTC:n täysistunnossa uudesta suunnitelmasta. Hän on osa tiimiä, joka haluaa laajentaa konseptia poraamalla vaakasuuntaisia ​​kaivoja lähes pystysuoran sijasta ja ottamalla käyttöön viimeisintä öljykentän särötystekniikkaa. Hanke on nimeltään Enhanced Geothermal Systems (EGS) ja sitä rahoittaa Yhdysvaltain energiaministeriö (DOE).

Hankkeessa porattiin ensimmäinen kahdesta 11,000 2021 jalan kaivosta maaliskuussa 300. Lähestymistapa on murtaa ensimmäinen kaivo ja kartoittaa rakot, jotta voidaan suunnitella stimulaatiosuunnitelma 600 metrin päässä ensimmäisestä kaivosta toiselle kaivolle, joka tarjoaa tarvittavan yhteyden kaksi kaivoa. Jos se toimii, he aikovat mukauttaa toiminnan kahteen kaivoon, jotka sijaitsevat XNUMX metrin päässä toisistaan.

On hieman ironista, että liuskeöljy- ja kaasuvallankumoukseen kehitettyä kaivoteknologiaa voidaan oksastaa puhtaaseen energialähteeseen korvaamaan fossiilisten polttoaineiden energiaa.

Toinen versio tästä, DOE:n varoilla Oklahoman yliopistolle, on tuottaa geotermistä energiaa neljästä vanhasta öljykaivosta ja käyttää sitä lähellä olevien koulujen lämmittämiseen.

Huolimatta innostuksesta tällaisiin hankkeisiin, Bill Gates väittää, että geoterminen vaikuttaa vain vähän maailman sähkönkulutukseen:

Kaikista maalämpöä varten kaivetuista kaivoista noin 40 prosenttia osoittautuu kaivoiksi. Ja geoterminen on saatavilla vain tietyissä paikoissa ympäri maailmaa; parhaat paikat ovat yleensä alueita, joilla on keskimääräistä korkeampi vulkaaninen aktiivisuus.