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

Konference Hydraulic Fracturing Technology Conference (HFTC) se konala v The Woodlands v Texasu 1. až 3. února 2022. Zdá se, že pandemická přestávka je konečně u konce, pokud se neobjeví žádné radikální nové varianty.

Přestávka nezastavila inovace, které byly vždy klíčovou složkou ropného a plynárenského průmyslu. Zde je několik aktuálních novinek, z nichž některé pocházejí z HFTC.

Low-tech pokroky.

Zvýšení počtu vrtů, které mají být dokončeny v roce 2022, plus delší horizontální části vrtů předznamenávají skok ve frakčním písku. Ale současné pískové doly, dnes častěji v povodí, trpěly v posledních několika letech sníženými cenami a sníženou údržbou a nemusí být schopny tuto potřebu naplnit.

Čerpadla jsou nedostatková. Provozovatelé visí na čerpadlech, která potřebují opravu nebo modernizaci, protože půjčovna míst je omezena jejich nabídkou.

Někteří operátoři v permu vrtají delší horizontální vrty. Údaje ukazují snížení nákladů na vrtání a dokončení vrtů o 15–20 % ve srovnání s nedávnými lety, částečně proto, že vrty lze vrtat rychleji. Jedna společnost vyvrtala 2 míle vodorovně za pouhých 10 dní.

Rychlejší vrtání ukazuje toto srovnání: na vrcholu permských vrtů v roce 2014 300 vrtných souprav vyvrtalo méně než 20 milionů bočních stop za rok. Loni, v roce 2021, méně než 300 vrtných souprav vyvrtalo 46 milionů stop – pozoruhodný výsledek.

Částečným důvodem je stále větší používání designu simul-frac, kde jsou dvě sousední jamky perforovány a frakovány ve shodě – o 70 % rychlejší dokončení než tradiční design zip-frac.

Produkce ropy na stopu se zvyšuje s horizontální délkou z 1 míle na 2 míle. Zatímco většina vrtů v Permu je nyní dlouhá alespoň 2 míle, někteří provozovatelé posouvají limity. Pro jednoho provozovatele je téměř 20 % vrtů dlouhých 3 míle a s výsledky jsou spokojeni.

Někteří však uvádějí smíšené výsledky pro produktivitu na stopu. Zatímco některé delší vrty zůstaly stejné, některé vrty klesly o 10–20 % mezi délkami 2 a 3 mil. Definitivní výsledek zatím není k dispozici.

Vedle toho je obrovské množství vody a písku použitého k rozlámání 3mílové horizontální studny. Pokud se čísla získaná z typické 2mílové studny v roce 2018 extrapolují na 3mílovou studnu, zjistíme, že celkové objemy vody stoupají ze 40 stop na 60 stop nad travnatou plochou fotbalového stadionu – a to vyvolává otázky ohledně zdroje frac voda. Podobné odhalení se objevuje u celkových objemů písku, které stoupají z 92 kontejnerů železničních vozů na 138 kontejnerů. A to je jen pro jednu studnu

High-tech pokroky.  

Na ústí vrtu je kladen větší důraz na sběr více dat a diagnostiku dat pro zlepšení frakování horizontálních vrtů. 

Konektivita blízkého pole.

Společnost Seismos vyvinula inovativní diagnostiku, která dokáže charakterizovat, jak dobré je spojení mezi vrtem a nádrží, což je klíčové pro tok ropy do horizontálního vrtu.

Akustický impuls se používá k měření odporu proudění v oblasti blízkého vrtu vrtu, který byl frakován. Metrika se nazývá NFCI, pro index konektivity blízkého pole, a lze ji měřit podél horizontální jamky. Bylo prokázáno, že NFCI koreluje s produkcí ropy v každé fázi frakce.

Studie ukázaly, že NFCI závisí na:

· Geologie nádrže – křehké horniny poskytují větší čísla NFCI než tažné horniny.

· Blízkost dalších jamek, které mohou vyvolat napětí způsobující změny čísel NFCI podél horizontální jamky.

· Přidání převaděče nebo použití designu Frac s omezeným vstupem, který může zvýšit hodnoty NFCI o 30 %.

Monitorování tlaku v utěsněném vrtu.  

Dalším high-tech příkladem je SWPM, což je zkratka pro Sealed Wellbore Pressure Monitoring. Horizontální monitorovací šachta, naplněná kapalinou pod tlakem, vyčnívá z další horizontální šachty, která má být po celé své délce frakována. Tlakoměry v monitoru zaznamenávají drobné změny tlaku během operací Frac.

Proces byl vyvinut společnostmi Devon Energy and Well Data Labs. Od roku 2020 bylo analyzováno více než 10,000 40 fází frakování – obvykle 2 podél XNUMX míle laterálně.

Když se zlomeniny rozšíří z dané fáze frac a dosáhnou dobře monitoru, zaznamená se tlakový výkyv. První výkyv je porovnán s objemem čerpané kapaliny Frac, nazývané VFR. VFR lze použít jako proxy pro účinnost clusteru frac a dokonce jej použít k určení geometrie lomu. 

Dalším cílem může být pochopení, zda vyčerpání rezervoáru v důsledku již existující mateřské studny může ovlivnit růst zlomenin. Nová zlomenina má tendenci směřovat k vyčerpané části nádrže.

Téměř studna napětí od optického kabelu.   

Kabel z optických vláken může být natažen podél vodorovné jímky a připevněn k vnější části pláště jímky. Optický kabel je chráněn kovovým pláštěm. Laserový paprsek je vysílán po kabelu a zachycuje odrazy způsobené nepatrným zvlněním nebo roztažením (tj. namáháním) kabelu, když se geometrie zlomu ve vrtu změní změnou tlaku ve vrtu během těžby ropy.

Když dojde k odrazu laseru, jsou zaznamenávány přesné časy, které lze použít k výpočtu, které místo podél kabelu bylo krimpováno – lze identifikovat segmenty o velikosti pouhých 8 palců.

Laserové signály souvisejí s geometrií a produktivitou zlomeniny v konkrétním perforačním seskupení. Velká změna napětí by naznačovala velkou změnu v šířce zlomeniny spojené s touto perforací. Ale žádná změna napětí by neindikovala žádnou zlomeninu v této perforaci nebo zlomeninu s velmi nízkou vodivostí.

Toto jsou rané dny a skutečná hodnota této nové technologie musí být teprve stanovena.

Klima-tech pokroky.  

Jde o inovace související se změnou klimatu a emisemi skleníkových plynů (GHG), které přispívají ke globálnímu oteplování.

E-fracking.

V ropném poli je jedním ze způsobů, jak snížit emise skleníkových plynů, to, že ropné a plynárenské společnosti ozelení své vlastní provozy. Například tím, že se místo nafty použije zemní plyn nebo větrná nebo solární elektřina pro operace frakování.  

Na zahajovacím plenárním zasedání v HFTC Michael Segura, senior viceprezident, řekl, že Halliburton je jedním z hlavních hráčů v oblasti frac flotil s elektrickým pohonem nebo technologie e-frac. Ve skutečnosti byly e-frac iniciovány společností Halliburton v roce 2016 a komercializovány v roce 2019.

Segura řekl, že výhody spočívají v úspoře paliva a snížení emisí skleníkových plynů až o 50 %. Tvrdil, že to byl „docela pozoruhodný dopad na profil emisí našeho průmyslu“.

Řekl také, že společnost učinila „velký závazek k vývoji zařízení a podpůrných technologií, jako je štěpení na síti.“ To zjevně odkazuje na používání elektřiny ze sítě, spíše než z plynových turbín poháněných plynem z ústí vrtu nebo zdroji CNG nebo LNG.

Nejběžnější elektronické flotily používají plyn z ústí vrtu k provozu plynových turbín k výrobě elektřiny, která pohání flotilu, řekl jeden pozorovatel. To snižuje stopu skleníkových plynů o dvě třetiny a znamená to, že v rámci dané licence na emise skleníkových plynů lze dokončit více vrtů.

Elektronické frakce nyní tvoří pouze asi 10 % trhu, ale očekává se, že celosvětová poptávka po snížení emisí skleníkových plynů poroste používáním elektronických frakcí, kde lze obvykle dosáhnout 50% snížení emisí skleníkových plynů.

Geotermální.  

Geotermální energie je ve srovnání s fosilními palivy zelená, protože získává z podzemních útvarů energii ve formě tepla, které lze přeměnit na elektřinu.

Hot Dry Rock byl název metody využití geotermální energie frakováním žuly v horách poblíž Los Alamos National Laboratory (LANL) v Novém Mexiku. To bylo v 1970. letech XNUMX. století.

Koncept vynalezený v LANL byl docela jednoduchý: vyvrtat šikmou studnu do žuly a studnu rozlámat. V určité vzdálenosti vyvrtejte druhou studnu, která by se napojila na zlomeninu(y). Potom čerpejte vodu do první studny, přes puklinu (zlomy), kde by nabírala teplo, pak nahoru do druhé studny, kde by horká voda mohla pohánět parní turbínu k výrobě elektřiny.

Koncept byl jednoduchý, ale výsledky zlomů byly všechno, jen ne jednoduché – síť drobných puklin, které komplikovaly a omezovaly tok vody do druhé studny. Efektivita nebyla velká a proces byl drahý.

Tento koncept byl vyzkoušen na mnoha dalších místech po celém světě, ale zůstává na špici komerční cenové dostupnosti.

John McLennon z University of Utah hovořil na plenárním zasedání HFTC o novém plánu. Je součástí týmu, který chce rozšířit koncept vrtáním horizontálních vrtů namísto téměř vertikálních a nasazením nejnovější technologie frakování z ropného pole. Projekt se jmenuje Enhanced Geothermal Systems (EGS) a je financován ministerstvem energetiky USA (DOE).

Projekt vyvrtal první ze dvou vrtů o délce 11,000 2021 stop v březnu 300. Cílem je nalomit první vrt a zmapovat zlomy, aby se navrhl stimulační plán pro druhý vrt 600 stop od prvního vrtu, který zajistí potřebné propojení mezi dvě studny. Pokud to bude fungovat, plánují přizpůsobit provoz dvěma vrtům, které leží XNUMX stop od sebe.

Je trochu ironické, že dobře vyvinutá technologie pro revoluci ropy a plynu z břidlic může být naroubována na čistý zdroj energie, který pomůže nahradit energie z fosilních paliv.

Jiná verze tohoto, s finančními prostředky od DOE pro University of Oklahoma, je vyrábět geotermální energii ze čtyř starých ropných vrtů a používat ji k vytápění škol v blízkosti.

Navzdory nadšení v projektech, jako jsou tyto, Bill Gates tvrdí, že geotermální energie přispěje ke světové spotřebě energie jen skromně:

Přibližně 40 procent všech vrtů vykopaných pro geotermální účely se ukázalo být hlušinami. A geotermální energie je dostupná pouze na určitých místech po celém světě; nejlepšími místy bývají oblasti s nadprůměrnou vulkanickou činností.