水力压裂 :应用于油气井增产的措施

更新时间:2024-09-20 23:02

水力压裂(英语:fracking,又称hydraulic fracturing、hydrofracturing或hydrofracking)是一种利用加压液体把基岩地层压裂的油气井激励技术。这种技术在1947年开始实验,并于1950年完成首次商业运作。截至2012年,全球油气井中已操作过250万次“压裂作业”,而在美国境内执行的次数就超过100万次。水力压裂法在19世纪就已发明,但直到近十几年才开始大规模使用,如今,美国近些年的新油井有95%是用水力压裂法进行钻探的。这项技术在10年中在美国被大范围推广,但同时也引发了对环境和公共健康影响的担忧。

介绍

水力压裂是利用地面高压泵,通过井筒向油层挤注具有较高粘度的压裂液。当注入压裂液的速度超过油层的吸收能力时,则在井底油层上形成很高的压力,超过岩石的破裂压力时,油层将被压开并产生裂缝。继续注入压裂液,裂缝向油层内部扩张。为保持裂缝张开,注入带有支撑剂(如石英砂)的携砂液,支撑裂缝不闭合。最后,高粘度压裂液自动降解排出井筒,留下裂缝,建立新的流体通道,增加油气井产量。

应用

水力压裂法是开采天然气的主要形式,尤其是页岩气、致密气致密油煤层气井中产生足够流量的必要手段。一些水力压裂缝隙可在矿脉岩脉中自然形成。截至2019年,美国因同时采传统钻井和利用水力压裂获得油气,而成为主要的石油出口国。

污染

水力压裂法所用的水加入了大量的物质,使得这些水拥有极高的污染度。废水处理厂难以处理这些水,多次使用后封存在地下深处,但有泄露渗透至地下水之中的风险。

争论

美国国家环境保护局在2004年对水力压裂法的环境影响做出评估,认为技术安全。2005年\u003c能源政策法\u003e规定水力压裂法不受《安全饮用水法案》限制。但环保组织和立法者质疑EPA的评估结果,认为是为了维护页岩气开发正常进行而采取的姑息之策。

历史

水力压裂的前期发展可追溯到1860年代,使用硅藻土炸药或硝化甘油爆炸,增加含油气地层中的石油和天然气产量。1947年在格兰特县 (堪萨斯州)的胡钩藤天然气田进行首次水力压裂实验。1949年哈里伯顿进行两次商业水力压裂处理。苏联于1952年进行首次含有支撑剂的水力压裂。大规模水力压裂(大容量水力压裂)是泛美石油公司于1968年在斯蒂芬斯郡 (俄克拉何马州)采用。1997年Mitchell 能量采滑溜水压裂技术用于东德州北部的巴涅特页岩开采天然气。George P. Mitchell因在页岩中应用这种技术而被称为“水力压裂之父”。

工艺

水力压裂法是利用注入裂解支撑剂进入钻孔,增加目标深度处的压力以超过岩石的裂缝梯度而达成。裂缝梯度定义为每单位深度相对于密度的压力增加。裂缝只是局部产生,因为压力会随摩擦损失率而下降。支撑剂引入流体中来保持裂缝宽度,防止在停止注入后闭合。压裂液泄漏是一个问题,可能会超过注入量的70%,降低运作效率。监测水力压裂处理的方法包括测量压力和速率放射性同位素监测、微地震监测等。

健康风险

水力压裂活动对公共卫生的不利影响包括化学、身体和心理社会危害,例如不良妊娠分娩结果、偏头痛、慢性鼻窦炎、严重疲劳、哮喘发作和心理压力。业者需要遵守法规和安全程序,以避免产生进一步的负面影响。

环境影响

水力压裂对环境的潜在影响包括气体排放和气候变化、大量耗水、地下水污染土地利用改变、地震风险、噪声污染以及对人类的各种健康影响。EPA发布《油气水力压裂:水力压裂水循环对美国饮用水资源的影响(最终报告)》,指出水力压裂活动会影响饮用水资源。

法规

使用或考虑使用水力压裂的国家已经实施不同的法规,包括制定联邦和地区立法,以及对当地土地使用分区予以限制。法国在2011年因公众压力,本着预防原则以及对环境危害采取预防和纠正行动的原则,成为第一个禁止水力压裂的国家。美国非营利组织"地下水保护委员会"推出网址FracFocus.org,这是个水力压裂液在线自愿披露数据库。2012年,佛蒙特州成为美国第一个禁止水力压裂的州。2014年12月17日,纽约州因水力压裂对人类健康和环境有潜在风险,成为第二个完全禁止这种做法的州。

参考资料

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