Fracturare hidraulică

De la Wikipedia, enciclopedia liberă.
Salt la navigare Salt la căutare

Fracturarea sau fracking-ul hidraulic (din engleză hydrofracking ) în geotehnică este exploatarea presiunii unui fluid, în general apă, pentru a crea și a propaga apoi o fractură într-un strat stâncos din subsol [1] . Fracturarea (denumită în engleză frack job sau frac job ) [2] [3] , se efectuează după o forare în interiorul unei formațiuni de rocă care conține hidrocarburi, pentru a crește permeabilitatea acesteia pentru a îmbunătăți producția de petrol sau gaze din argilele conținute în rezervor și crește rata de recuperare a acestuia.

Fracturile hidraulice din roci pot fi atât naturale, cât și artificiale; sunt create și mărite de presiunea fluidului conținut în fractură. Cele mai frecvente fracturi hidraulice naturale sunt digurile și straturile , precum și fisurile cauzate de gheață în zonele cu climă rece. Cele create de om sunt induse adânc în niveluri precise de rocă în câmpurile de petrol și gaze, extinse prin pomparea fluidului sub presiune și apoi menținute deschise prin introducerea nisipului, pietrișului, microsferelor ceramice ca umplutură permeabilă; în acest fel fracturile create nu se pot închide din nou atunci când presiunea apei este mai mică.

O schemă de fracturare hidraulică pentru a extrage gazul din argile , cu note despre posibilele riscuri de mediu.

Istorie

Tehnica îmbunătățirii productivității unei puțuri de petrol prin fracturarea rocilor sale datează din anii 1860, când în Pennsylvania , folosind nitroglicerină , s-a îmbunătățit producția unor puțuri forate în roci compacte.

Tehnologia de fracturare efectuată prin aplicarea presiunii pe rocă folosind un fluid hidraulic, pentru a stimula aprovizionarea cu petrol din câmpuri slab productive a avut loc în Statele Unite în 1947 de către Stanolind Oil and Gas Corporation [4] [5] în Hugoton câmp în Kansas ; prima companie care a brevetat o tehnică de fracturare hidraulică a fost Haliburton Oil Well Cementing Company în 1949 [4] , care a început să-și aplice tehnica, numită Hydrafrac, în Texas și Oklahoma [6] . industria petrolieră și apoi în întreaga lume. Cu toate acestea, prima utilizare a apei sub presiune pentru fracturarea rocilor este chiar mai veche: conform TL Watson [7] datează din 1903, care descrie o tehnică de lucru în cariera Mount Airy, lângă Mount Airy , Carolina del North, unde a fost presurizată apa a fost folosită (și se folosește și astăzi) pentru a separa blocurile de granit de stânca aflată în carieră.

Utilizare curentă

În Statele Unite, explorări ample de roci bituminoase dense au fost efectuate în 2011 în căutarea hidrocarburilor [8] .

Aplicații

Tehnica de fracturare hidraulică este utilizată pentru a crește sau restabili viteza de extracție a fluidelor precum petrolul, gazul și apa, inclusiv din depozitele neconvenționale, cum ar fi cărbunele sau rocile bituminoase. Fracturarea hidraulică permite extragerea hidrocarburilor din roci cu permeabilitate redusă (de exemplu calcarele compacte, gresii și argile bine cimentate), din care altfel nu ar curge în cantități care să permită extracția la o rată convenabilă din punct de vedere economic. De exemplu, fracturarea permite extragerea gazului natural din roci bituminoase, un material extrem de impermeabil (între micro și nano darcy [9] ). Fracturile induse măresc permeabilitatea rocii în jurul fântânii, mărind extinderea extracției.

În timp ce principala utilizare industrială a fracturării hidraulice este de a stimula extracția de petrol și gaze [10] [11] [12] , este utilizată și:

  • în construcția puțurilor de apă [13] ;
  • pregătirea rocilor pentru minerit [14] ;
  • pentru a face procesele de reducere a pierderilor (de obicei deversări de hidrocarburi) mai eficiente [15] ;
  • eliminați scurgerile injectându-le în formațiuni stâncoase adecvate;
  • ca metodă de măsurare a tensiunilor din scoarța terestră.

Metodologie

O fractură hidraulică este creată prin pomparea fluidului de fracturare în puț, cu o presiune suficientă pentru a depăși gradientul de fracturare al rocii. Acest lucru determină una sau mai multe fisuri în care intră lichidul, determinându-l să se extindă în continuare. Pentru a menține fisura deschisă chiar și după oprirea pompării, se adaugă fluidului un material solid numit „proppant”, care constă în mod obișnuit din granule bine selectate de nisip de cuarț sau microsfere ceramice, care este transportat de fluid în fracturi și le previne de la închidere. complet când presiunea scade, păstrând o trecere de permeabilitate ridicată pentru fluidul care trebuie extras.

Forarea unei fântâni produce așchii de rocă și resturi care pot aluneca în fisurile și porii peretelui fântânii, etanșând parțial fântâna și reducând permeabilitatea acesteia: fracturarea hidraulică poate restabili un flux adecvat de extracție din rezervor. Din acest motiv, este o măsură standard adoptată în toate puțurile forate în roci slab permeabile și aproximativ 90% din toate puțurile de gaze naturale din Statele Unite folosesc fracturarea hidraulică pentru a produce gaz la un preț competitiv.

Fluidul injectat în puțuri poate fi apă , gel , spumă sau gaz comprimat precum azot , dioxid de carbon sau aer simplu. De asemenea, se utilizează diferite tipuri de materiale solide de întreținere: de obicei nisip, dar și nisip cu acoperiri de rășină sau sfere ceramice special concepute, în funcție de tipul de permeabilitate necesar sau de presiunea pe care materialul va trebui să o reziste. Uneori se folosesc nisipuri care conțin trasoare radioactive naturale, pentru a urmări tendința fracturilor induse în subsol. Raportul dintre fluidul de fracturare și materialul de reținere este de obicei 99% fluid și 1% material.

Pentru a detecta dimensiunea și orientarea fracturilor cauzate, se efectuează monitorizarea microseismică în timpul pompării de fracturare, prin instalarea de matrice de geofoane în puțurile adiacente. Prin cartografierea microseismelor datorate fracturilor în creștere, se poate deduce geometria aproximativă a fracturilor. Alte informații importante despre forțele induse în roci sunt obținute prin plasarea de matrice de inclinometre.

Echipamentele standard de fracturare utilizate în câmpurile petroliere includ un mixer dinamic, una sau mai multe pompe de înaltă presiune, cu debit mare (de obicei pompe triple sau cvintuple) și o unitate de monitorizare seismică. Alte materiale necesare sunt rezervoarele, conductele de înaltă presiune, unitățile aditive și manometrele pentru a menține presiunea, debitul și densitatea fluidului sub control în timpul injecției. Valorile presiunii și debitului fluidului variază foarte mult în diferite faze: injecția începe cu presiune scăzută și debit de până la 265 litri pe minut. În faza de stres presiunea crește până la valori de 100 MPa și debitul scade treptat.

Riscuri de mediu

Fracturarea hidraulică este monitorizată la nivel internațional din cauza preocupărilor cu privire la riscurile de contaminare chimică a apelor subterane și a aerului. În unele țări, utilizarea acestei tehnici a fost suspendată sau chiar interzisă [16] . În martie 2014, revista Endocrinology a publicat un articol despre activitățile miniere din Colorado, intitulat „Activitățile receptorilor de estrogen și androgeni ai substanțelor chimice de fracturare hidraulică și ale apelor de suprafață și subterane într-o regiune densă de foraj” [17] . Cercetătorii au analizat apele județului Garfield, Colorado, o zonă în care sunt prezente puțurile de gaz de șist. Eșantionarea a arătat că chiar și prezența „nivelurilor moderate” de substanțe chimice în fluidele utilizate pentru fracturare au potențialul de a interfera cu funcționarea normală a hormonilor. Unul dintre coautorii studiului, Christopher Kassotis, susține că nivelurile ridicate de afectare a funcționării hormonilor sunt legate de infertilitate, cancer și daune la naștere [18] .

Riscuri seismice

Tehnicile de microfracturare hidraulică a sedimentului pot genera, în unele cazuri, o micro-seismicitate indusă și foarte localizată. Intensitatea acestor micro-cutremure este de obicei destul de limitată, dar pot exista probleme locale de stabilitate a solului chiar atunci când sedimentele sunt puțin adânci.

Unele cutremure mai mari de 5 ° pe scara Richter , care nu au fost conectate la fracturarea hidraulică, ci la degajări de fluide în subsolul profund, au fost înregistrate în fabrica militară Rocky Mountain Arsenal, lângă Denver, Colorado. În 1967, după injectarea a 17 - 21 milioane litri pe lună de deșeuri lichide la o adâncime de 3.670 metri, au fost înregistrate o serie de șocuri induse localizate în zonă, cu un vârf maxim de magnitudine între 5 și 5, 5 [19]. ] . Deși o parte din opinia publică și unii ecologiști denunță pericolul fracturării din punctul de vedere al seismicității induse, nu au fost publicate vreodată lucrări științifice care să susțină această ipoteză. Unii cercetători [20] [21] [22] au emis recent ipoteza că fracturarea hidraulică, împreună cu o combinație rară de factori geologici, ar fi putut fi cauza a două microseisme care au avut loc în aprilie și mai 2011 în Lancashire , Anglia , a căror intensitate limitată (magnitudinile 2,3 și respectiv 1,4 pe scara Richter ) nu ar putea constitui în niciun fel un risc pentru populație sau artefacte, deoarece cutremurele cu magnitudine cuprinsă între 2 și 3 produc de obicei vibrații care sunt abia perceptibile pentru om. Un studiu din 2014 a prezentat ipoteza că creșterea activității seismice observată din 2001 în unele zone din Colorado și New Mexico (SUA), situate în cea mai mare parte pe o rază de 5 km de puțurile de fracturare hidraulică, depinde în principal de la începutul operațiunilor de fracking în aceste zone, deoarece există doar o probabilitate de 3% ca creșterea înregistrată să aibă loc din cauza variațiilor aleatorii ale ratei de seismicitate. [ fără sursă ]

Critici

 Documentarul lui Josh Fox Gasland , nominalizat la Premiul Academiei 2011 la categoria Documentar, se bazează pe critica directă a acestui proces de extragere a gazelor naturale din câmpurile de gaz de șist , utilizat pe scară largă în Statele Unite . Independent Petroleum Association of America a lansat apoi un contra-documentar intitulat TruthLand cu scopul de a contesta concluziile și metoda lui Fox. Se pregătește o continuare a GasLand, din nou de Josh Fox, intitulată GasLand Partea II .

În 2015, un studiu al United States Geological Survey (USGS) a demonstrat cu acuratețe pentru prima dată o relație între fracking și creșterea fenomenelor seismice în 17 teritorii ale Statelor Unite. [ fără sursă ]

O investigație New York Times a evidențiat problemele legate de concentrația radioactivității în jurul sondelor de fracturare din Pennsylvania [23] .

Notă

  1. ^ Philippe A. Charlez: Rock Mechanics: Petroleum applications , Editions Technip, 1997
  2. ^ "frac job" Arhivat 21 mai 2011 la Internet Archive ., Schlumberger Oilfield Glossary
  3. ^ "Frac job" Pennsylvania Marcellus Shale GIS Database
  4. ^ a b Howard, GC și CR Fast (ed.), Fracturare hidraulică, Henry L. Doherty Seria monografie vol. 2, Societatea inginerilor petrolieri din New York, 1970.
  5. ^ Montgomery, Carl T., Smith, Michael B., Fracturare hidraulică: istoria unei tehnologii durabile ( PDF ), în Journal of Petroleum Technology , vol. 62, nr. 12, Society of Petroleum Engineers , decembrie 2010, pp. 26-32, ISSN 0149-2136 ( WC ACNP ) . Adus pe 5 ianuarie 2011 (arhivat din original la 14 noiembrie 2012) .
  6. ^ Cât timp s-a practicat Hidrofracking-ul? , pe energy.wilkes.edu . Adus pe 9 iulie 2014 (arhivat din original la 6 iunie 2014) .
  7. ^ vezi p. 150-151 i9 Watson, TL, Granitele din statele sud-estice ale Atlanticului , SUA Geological Survey Bulletin 426, 1910.
  8. ^ (EN) Clifford Krauss, Shale Boom in Texas ar putea crește producția de petrol din SUA în New York Times, 27 mai 2011. Accesat la 28 mai 2011.
    „Cea mai tare piesă nouă de petrol din țară” .
  9. ^ (EN) The Barnett Shale (PDF) pe nknt.org. Adus la 27 iunie 2011 (arhivat din original la 26 ianuarie 2021) .
  10. ^ Gidley, JL și colab. (editori), Recent Advances in Hydraulic Fracturing, SPE Monograph, SPE, Richardson, Texas, 1989.
  11. ^ Yew, CH, Mecanica fracturării hidraulice, Gulf Publishing Company, Houston, Texas, 1997.
  12. ^ Economides, MJ și KG Nolte (editori), Reservoir Stimulation, John Wiley & Sons, Ltd., New York, 2000.
  13. ^ David Banks, Odling, NE, Skarphagen, H. și Rohr-Torp, E.,Permeabilitatea și stresul în roci cristaline , în Terra Nova , vol. 8, nr. 3, 1996, pp. 223-235, DOI : 10.1111 / j.1365-3121.1996.tb00751.x .
  14. ^ Brown, ET, Block Caving Geomechanics, JKMRC Monograph 3, JKMRC, Indooroopilly, Queensland, 2003.
  15. ^ U. Frank și N. Barkley, Remediation of low permeabilitate subsurface formations by fracturing enhancement of soil steam extraction , in Journal of Hazardous Materials , vol. 40, nr. 2, -, pp. 191-201, DOI : 10.1016 / 0304-3894 (94) 00069-S .
  16. ^ (EN) Dan Frosch, In the Land of Gas Drilling, Battle for Water That Do not Reek or Fizz , în The New York Times, 2 iunie 2012. Accesat la 2 iunie 2012.
    „În foraj cu gaz, luptă pentru apa care nu miroase și nu arde” .
  17. ^ (RO) Activitățile receptorilor de estrogen și androgeni ai produselor chimice de fracturare hidraulică și ale apelor de suprafață și subterane într-o regiune densă de foraj [ link rupt ] , în Endocrinologie . Adus pe 2 iulie 2014 .
  18. ^ (RO) Activitatea care perturba hormonii de produse chimice de fracturare a fost găsită mai rău decât inițial , în newswise.com. Adus pe 2 iulie 2014 .
  19. ^ USGS: "Putem provoca cutremure? Există vreo modalitate de prevenire a cutremurelor?" , La seism.usgs.gov . Accesat la 4 iunie 2012 (arhivat din original la 15 noiembrie 2011) .
  20. ^ Frackingul de gaz de șist: parlamentarii solicită anchete de siguranță după tremurături , în BBC News , 8 iunie 2011. Accesat la 22 februarie 2012 .
  21. ^ Testele de fracking lângă „cauza probabilă” a tremururilor din Blackpool , în BBC News , 2 noiembrie 2011. Accesat la 22 februarie 2012 .
  22. ^ Studiu geomecanic al seismicității șistului Bowland 2 noiembrie 2011 Cuadrilla Resources 22 februarie 2012 Arhivat 15 februarie 2014 la Internet Archive .
  23. ^ Regulamentul Lax ca apa contaminată a gazelor puturilor lovește râurile - NYTimes.com

Bibliografie

Elemente conexe

Alte proiecte

linkuri externe

Controlul autorității Thesaurus BNCF 59140 · LCCN (RO) sh85063317 · GND (DE) 4228013-8 · BNF (FR) cb12073085t (data)
Inginerie Portal de inginerie : accesați intrările Wikipedia care se ocupă de inginerie
Adus de la „ https://it.wikipedia.org/w/index.php?title=Fracturare_hidraulică&oldid=121616664 ”