Pokroky v frakovaní – Low-Tech, High-Tech a Climate-Tech.

Konferencia o technológii hydraulického štiepenia (HFTC) sa konala v The Woodlands v Texase 1. – 3. februára 2022. Zdá sa, že pandemická prestávka sa konečne skončila, pokiaľ sa neobjavia žiadne radikálne nové varianty.

Prestávka nezastavila inovácie, ktoré boli vždy kľúčovou zložkou ropného a plynárenského priemyslu. Tu je niekoľko nedávnych zaujímavostí, z ktorých niektoré pochádzajú z HFTC.

Nízkotechnické pokroky.

Zvýšenie počtu vrtov, ktoré sa majú dokončiť v roku 2022, plus dlhšie horizontálne úseky vrtov predpovedajú skok vo frakcii piesku. Súčasné pieskové bane, v súčasnosti častejšie v povodí, však v posledných rokoch trpeli zníženými cenami a údržbou a nemusia byť schopné naplniť túto potrebu.

Čerpadlá sú nedostatkové. Operátori visia na čerpadlách, ktoré potrebujú opravu alebo modernizáciu, pretože počet miest na prenájom je obmedzený.

Niektorí prevádzkovatelia v perme robia dlhšie horizontálne vrty. Údaje ukazujú zníženie nákladov na vŕtanie a dokončenie vrtov o 15 – 20 % v porovnaní s poslednými rokmi, čiastočne preto, že vrty možno vŕtať rýchlejšie. Jedna spoločnosť vyvŕtala 2-míle horizontálne len za 10 dní.

Rýchlejšie vŕtanie ukazuje toto porovnanie: na vrchole permských vrtov v roku 2014 300 vrtných súprav vyvŕtalo menej ako 20 miliónov bočných stôp za rok. Minulý rok, 2021, menej ako 300 vrtných súprav vyvŕtalo 46 miliónov stôp – pozoruhodný výsledok.

Čiastočným dôvodom je čoraz častejšie používanie dizajnu simul-frac, kde sú dve susedné jamky perforované a frakované v zhode – o 70 % rýchlejšie dokončenie ako pri tradičnom dizajne zips-frac.

Produkcia ropy na stopu sa zvyšuje s horizontálnou dĺžkou z 1 míle na 2 míle. Zatiaľ čo väčšina vrtov v Perme má v súčasnosti dĺžku najmenej 2 míle, niektorí prevádzkovatelia posúvajú limity. Pre jedného prevádzkovateľa je takmer 20 % studní dlhých 3 míle a sú spokojní s výsledkami.

Niektorí však uvádzajú zmiešané výsledky pre produktivitu na stopu. Zatiaľ čo niektoré dlhšie vrty zostali rovnaké, niektoré vrty klesli o 10 až 20 % medzi dĺžkami 2 míle a 3 míle. Definitívny výsledok zatiaľ nie je k dispozícii.

Postranným panelom je obrovské množstvo vody a piesku použitého na rozlámanie 3-míľového horizontálneho vrtu. Ak sa čísla získané z typickej 2-míľovej studne v roku 2018 extrapolujú na 3-míľovú studňu, zistíme, že celkové objemy vody stúpnu zo 40 stôp na 60 stôp nad trávnatou plochou futbalového štadióna – a to vyvoláva otázky o zdroji frac voda. Podobné odhalenie sa objavuje pri celkovom objeme piesku, ktorý stúpa z 92 kontajnerov železničných vozňov na 138 kontajnerov. A to je len pre jednu studňu

High-tech pokroky.  

Na ústí vrtu je väčší dôraz kladený na zhromažďovanie väčšieho množstva údajov a diagnostiku údajov s cieľom zlepšiť frakovanie horizontálnych vrtov. 

Konektivita blízkeho poľa.

Seismos vyvinul inovatívnu diagnostiku, ktorá dokáže charakterizovať, aké dobré je spojenie medzi vrtom a nádržou, čo je kľúčové pre tok ropy do horizontálneho vrtu.

Akustický impulz sa používa na meranie prietokového odporu v oblasti blízko vrtu vrtu, ktorý bol frakovaný. Metrika sa nazýva NFCI, pre index konektivity blízkeho poľa, a možno ju merať pozdĺž horizontálnej jamky. Ukázalo sa, že NFCI koreluje s produkciou ropy v každej fáze frac.

Štúdie ukázali, že NFCI závisí od:

· Geológia nádrže – krehké horniny poskytujú väčšie čísla NFCI ako ťažné horniny.

· Blízkosť iných jamiek, ktoré môžu vyvolať napätie, ktoré spôsobí, že čísla NFCI sa budú meniť pozdĺž horizontálnej jamky.

· Pridanie odvádzača alebo použitie dizajnu Frac s obmedzeným vstupom, ktorý môže zvýšiť hodnoty NFCI o 30 %.

Monitorovanie tlaku v uzavretom vrte.  

Ďalším high-tech príkladom je SWPM, čo je skratka pre Sealed Wellbore Pressure Monitoring. Horizontálna šachta monitora, naplnená kvapalinou pod tlakom, vyčnieva z ďalšej horizontálnej šachty, ktorá má byť po celej dĺžke rozsekaná. Tlakomery v šachte monitora zaznamenávajú drobné zmeny tlaku počas operácií Frac.

Proces vyvinuli Devon Energy and Well Data Labs. Od roku 2020 bolo analyzovaných viac ako 10,000 40 fáz frakovania – zvyčajne 2 pozdĺž XNUMX-míľovej strany.

Keď sa zlomeniny rozšíria z daného štádia frac a dosiahnu dobre monitor, zaznamená sa tlakový výkyv. Prvý skok sa porovná s objemom čerpanej tekutiny Frac, ktorý sa nazýva VFR. VFR sa môže použiť ako náhrada za efektívnosť klastrových frac a dokonca sa môže použiť na určenie geometrie zlomu. 

Ďalším cieľom môže byť pochopenie, či vyčerpanie rezervoáru v dôsledku už existujúcej materskej studne môže ovplyvniť rast zlomenín. Nová zlomenina má tendenciu smerovať k vyčerpanej časti nádrže.

Takmer studničné napätie od kábla z optických vlákien.   

Kábel z optických vlákien môže byť natiahnutý pozdĺž horizontálnej studne a pripevnený k vonkajšej strane puzdra studne. Optický kábel je chránený kovovým plášťom. Laserový lúč sa posiela po kábli a zachytáva odrazy spôsobené nepatrným zvlnením alebo roztiahnutím (tj natiahnutím) kábla, keď sa geometria zlomu vo vrte zmení v dôsledku zmeny tlaku vo vrte počas ťažby ropy.

Presné časy sa zaznamenávajú, keď dôjde k odrazu lasera, a to sa dá použiť na výpočet, ktoré miesto pozdĺž kábla bolo zlisované – možno identifikovať segmenty s veľkosťou až 8 palcov.

Laserové signály súvisia s geometriou a produktivitou zlomeniny v konkrétnom perforačnom klastri. Veľká zmena napätia by naznačovala veľkú zmenu v šírke zlomeniny spojenej s touto perforáciou. Ale žiadna zmena napätia by nenaznačovala žiadnu zlomeninu v tejto perforácii alebo zlomeninu s veľmi nízkou vodivosťou.

Toto sú prvé dni a skutočná hodnota tejto novej technológie sa ešte len musí určiť.

Klimatické technologické pokroky.  

Ide o inovácie súvisiace so zmenou klímy a emisiami skleníkových plynov (GHG), ktoré prispievajú ku globálnemu otepľovaniu.

E-fracking.

V ropnom poli je jedným zo spôsobov, ako znížiť emisie skleníkových plynov, tým, že ropné a plynárenské spoločnosti budú ekologizovať svoje vlastné prevádzky. Napríklad tým, že sa namiesto nafty použije zemný plyn alebo veterná či solárna elektrina na čerpanie frakcií.  

Na úvodnom plenárnom zasadnutí v HFTC Michael Segura, senior viceprezident, uviedol, že Halliburton je jedným z hlavných hráčov v oblasti elektrických frac flotíl alebo technológie e-frac. V skutočnosti boli e-frac iniciované spoločnosťou Halliburton v roku 2016 a komercializované v roku 2019.

Segura povedal, že výhody spočívajú v úspore paliva, ako aj v znížení emisií skleníkových plynov až o 50 %. Tvrdil, že to bol „celkom pozoruhodný vplyv na profil emisií nášho priemyslu“.

Povedal tiež, že spoločnosť sa „veľmi zaviazala k vývoju zariadení a podporných technológií, ako je štiepenie poháňané sieťou“. To sa zjavne týka využívania elektriny zo siete, a nie z plynových turbín poháňaných plynom z ústia vrtu alebo zdrojmi CNG alebo LNG.

Najbežnejšie elektronické flotily využívajú plyn z ústia vrtu na prevádzku plynových turbín na výrobu elektriny, ktorá poháňa flotilu, uviedol jeden pozorovateľ. To znižuje stopu skleníkových plynov o dve tretiny a znamená to, že v rámci danej licencie na emisie skleníkových plynov je možné dokončiť viac vrtov.

E-fracs tvoria v súčasnosti len asi 10 % trhu, ale očakáva sa, že celosvetový dopyt po znižovaní emisií skleníkových plynov bude rásť v používaní e-fracs, kde sa zvyčajne dá dosiahnuť 50 % zníženie emisií skleníkových plynov.

Geotermálna.  

Geotermálna energia je v porovnaní s fosílnymi palivami zelená, pretože získava z podzemných útvarov energiu vo forme tepla, ktoré sa dá premeniť na elektrinu.

Hot Dry Rock bol názov metódy využívania geotermálnej energie frakovaním žuly v horách blízko Los Alamos National Laboratory (LANL) v Novom Mexiku. Bolo to v sedemdesiatych rokoch minulého storočia.

Koncept vynájdený v LANL bol celkom jednoduchý: vyvŕtať šikmú studňu do žuly a vyvŕtať studňu. V určitej vzdialenosti vyvŕtajte druhú studňu, ktorá by sa pripojila k zlomenine(ám). Potom načerpajte vodu dolu prvým vrtom, cez puklinu(y), kde by zachytávala teplo, potom nahor druhým vrtom, kde by horúca voda mohla poháňať parnú turbínu na výrobu elektriny.

Koncept bol jednoduchý, ale výsledky zlomenín boli všetko, len nie jednoduché – sieť drobných puklín, ktoré komplikovali a znižovali prietok vody do druhej studne. Efektívnosť nebola veľká a proces bol drahý.

Tento koncept bol vyskúšaný na mnohých iných miestach po celom svete, ale zostáva na špici komerčnej cenovej dostupnosti.

John McLennon z University of Utah hovoril na plenárnom zasadnutí HFTC o novom pláne. Je súčasťou tímu, ktorý chce rozšíriť koncept vŕtaním horizontálnych vrtov namiesto takmer vertikálnych a nasadením najnovšej technológie frakovania z ropného poľa. Projekt sa volá Enhanced Geotermal Systems (EGS) a je financovaný Ministerstvom energetiky USA (DOE).

Projekt vyvŕtal prvý z dvoch vrtov s dĺžkou 11,000 2021 stôp v marci 300. Cieľom je vylomiť prvý vrt a zmapovať zlomy, aby sa navrhol stimulačný plán pre druhý vrt 600 stôp od prvého vrtu, ktorý poskytne potrebné prepojenie medzi dve studne. Ak to bude fungovať, plánujú prispôsobiť prevádzku dvom vrtom, ktoré sú od seba vzdialené XNUMX stôp.

Je trochu iróniou, že dobre vyvinutá technológia pre revolúciu bridlicovej ropy a zemného plynu môže byť vrúbľovaná do čistého zdroja energie, ktorý pomôže nahradiť energie z fosílnych palív.

Ďalšou verziou tohto, s finančnými prostriedkami od DOE pre University of Oklahoma, je výroba geotermálnej energie zo štyroch starých ropných vrtov a jej využitie na vykurovanie škôl v blízkosti.

Napriek nadšeniu v projektoch, ako sú tieto, Bill Gates tvrdí, že geotermálna energia prispeje k svetovej spotrebe energie len mierne:

Asi 40 percent všetkých vrtov vykopaných kvôli geotermálnej energii sa ukáže ako bahno. A geotermálna energia je dostupná len na určitých miestach po celom svete; najlepšími miestami bývajú oblasti s nadpriemernou sopečnou činnosťou.