Коротка історія гідравлічного руйнування (1) Автори
Можна справедливо стверджувати, що історія гідравлічного розриву пласта починається з історії першого буріння з видобутку нафти Едвіном Л. Дрейком (1819-1880), відомим як полковник Дрейк, який ніколи не був полковником, а лише провідником поїзд, але ім'я полковника вимагало поваги).
У 1856 році нафтова компанія Seneca в Пітсбурзі, штат Пенсільванія, розпочала видобуток гасу (лампового газу) з нафти, яка витікала на поверхню в сусідньому місті Тітусвілл. Оскільки того, що можна було зібрати на поверхні, було недостатньо для нафтопереробного заводу, власники Seneca Oil найняли Дрейка в 1858 році, щоб дослідити можливість видобутку більшої кількості нафти, викопуючи буріння, подібне до тих, що викопуються для води.
27 серпня 1859 р. Свердловина, викопана Дрейком та його людьми, досягла глибини 21 м. Оскільки була субота, роботи були припинені. Наступного дня свердловина була повною нафти.
Музей Дрейка, в якому знаходиться перша у світі бурова установка. (Джерело)
Так розпочалася історія форми енергії, "нафтової ери", яка зробить революцію в розвитку людського суспільства і наслідками якої ми живемо сьогодні.
Дрейк перекачував бурове масло в дерев'яні бочки. Коли нафтова промисловість почала рости в кінці 19 століття, виробники нафти слідували за виробниками віскі, які перевозили свої товари в дерев'яних бочках на 40 галонів ("бочки" або "бочки"). . Нафтовики адаптували ідею цього виду транспорту, додавши 2 галони, щоб компенсувати можливі втрати. Це призвело до значного факту: вперше покупці точно знали, скільки сирої нафти вони придбали. Хоча сиру нафту більше не транспортують у барелях, її все ще вимірюють у барелях (bbs), що еквівалентно 42 галонам (159 літрів) [1] .
Едвін Л. Дрейк не запатентував свій метод, не мав навичок бізнесмена і помер бідно в 1880 році, через 22 роки після того, як його винахід ознаменував початок нової ери процвітання, породженого використанням похідних нафти ( автомобільний бензин, дизель, авіаційний бензин, пластмаси, хімікати та фармацевтичні препарати тощо тощо).
Едвард А. Л. Робертс (1829-1881) приїхав до Тітусвіля через кілька років після "полковника" Дрейка. Померши (через рік після Дрейка), він був одним із найбагатших людей того часу в США. Якщо Дрейка можна вважати батьком буріння нафти, то Робертса можна вважати батьком буріння свердловин. Він винайшов "Торпеда Робертса".
Під час громадянської війни в Америці Робертс був підполковником юніоністської (північної) армії. Він брав участь зі своїм полком у кривавій битві при Фредеріксбургу, штат Вірджинія. Під час масової атаки південної артилерії він зробив цікаве спостереження: деякі ворожі снаряди потрапили в невеликий канал і підірвались під водою. Вага води дещо гасив вибух, змушуючи спрацьовану енергію рухатися до берегів канави. Робертс думав застосувати цей принцип до нових нафтових платформ Пенсільванії, встановивши вибуховий пристрій на підошві наповненої водою свердловини. Таким чином, вода змусить вибух поширюватися горизонтально в скелях навколо стовбура свердловини, а не вертикально.
Торпеда Робертса була першим пристроєм для розриву гірських порід. Він привіз шість бомб до Тітусвіля. Це були олов’яні циліндри, наповнені порохом і оснащені детонаційною кришкою на головах. Робітники Робертса опустили торпеду в зонд довгим дротом. Опинившись на дні, шматок металу, схожий на свинець від вудок, був кинутий на дріт, вдарившись про скобу та підірвавши порох. Робертс запатентував свій винахід у 1866 році.
Торпеда, розроблена Едвардом А. Л. Робертсом. (Джерело)
Застосування цього процесу як у нещодавно пробурених, так і в старих свердловинах з низьким видобутком мало значний успіх. Незабаром порох замінили нітрогліцерином. Місцеві газети більше не вихваляли значення винаходу Робертса: "За останні три роки це була найуспішніша операція і збільшила видобуток нафти на сотні і сотні свердловин у кількості, яку важко оцінити. Після відкриття нафти жоден інший винахід не привів так багато до збагачення власників бурових установок, як торпеда Робертса ".
Наступний акт в історії гідророзриву буде зіграний у місті Талса, штат Оклахома, що проголошується "Всесвітньою нафтовою столицею" (недарма: тут була заснована в 1917 році Американська асоціація нафтових геологів, найважливіша професійна організація нафтових геологів у світі). і видає найвищі професійні журнали, такі як AAPG Bulletin, а в 1930 р. - Товариство геофізиків розвідки, провідна у світі професійна організація нафтових геофізиків, видавець Geophysics and The Передня кромка).
Місцева компанія в суперважкій вазі в Талсі називалася "Станолінд", сформована в 1911 р. Шляхом розчленування Верховним судом імперії Джона Д. Рокфеллера (Standard Oil). «Станолінд» (який став Амоко, а згодом входив до складу Британської нафтової корпорації) мав незалежні дослідницькі підрозділи, як це мали лише дві інші компанії: Техаська нафтова компанія, пізніше Тексако, та Стандартна нафтова компанія Нью-Джерсі, пізніше Ексон.
Одного з молодих інженерів, що працював у "Станолінді" відразу після Другої світової війни, звали Райлі "Флойд" Фарріс. Його спеціальністю був цемент у стовбурі свердловини. Тоді, як і зараз, фуражери використовували цемент для заповнення порожніх просторів між концентричною трубою та трубою між зовнішньою трубою та камінням у стінці стовбура свердловини. Таким чином, цементуючи, зонд постійно закріплюється в породі. Якщо буріння проходить через ділянку з водою (наприклад, підземні води або питний водоносний шар), цемент допомагає герметизувати свердловину (вода не потрапляє в гірські породи в свердловину) і, навпаки, герметизувати гірські породи водоносного шару (вода не забруднює рідинами в свердловині). зонд).
Фарріса заінтригувала таємниця, яку старі нафтовики не могли пояснити. Вони помітили, що коли цемент потрапляє в свердловину, частина його іноді зникає. Тоді цемент коштував недешево (це не сьогодні), і, коли його втрачали, вартість буріння зростала за рахунок додаткового цементу. Деякі свердловини вимагали до п’яти додаткових цементних балок. Втрата цементу засмутила Фарріса. Чому деякі свердловини «ковтають» більше цементу, ніж свідчать його розрахунки? Що сталося? Куди йшов цемент?
Проводячи систематичні дослідження на 115 свердловинах і корелюючи тиск, створюваний вагою цементу, з глибиною свердловин, Фарріс дійшов наступного висновку: вага цементу та інших рідин у свердловині зруйнувала гірські породи, створюючи тріщини. Коли цемент закачали в свердловину, частина загубилася в переломах. Що, якби він спробував зламати камінь, відкачуючи рідину? На відміну від цементу, рідина могла видалятися із стовбура свердловини після того, як вона розбила гірські породи. Як тільки рідина буде видалена, він подумав, можливо, більше каменю і нафти витекло б із гірської породи.
У листопаді 1946 року Боб Фаст, 25-річний чоловік і колега Фарріса, вирішив перевірити гіпотезу про руйнування гірських порід рідиною. Експеримент відбувся наступного року в свердловині Klepper №1 на газовому родовищі Хьюготон на південному заході штату Канзас.
У 1947 році компанія Stanolind Oil здійснила перший гідророзрив пласта на газовому родовищі Хьюготон, розташованому на південному заході штату Канзас. В експерименті використовували напалм (желатиновий бензин) та пісок з річки Арканзас. (Джерело)
Полковник Робертс зламав вибуховою речовиною, але Фаст і Фарріс зробили перший перелом рідиною. Оскільки вода генерує тертя, що вимагає введення багатьох насосів у гірські породи, Фаст шукав спосіб зменшити тертя води. Йому потрібна була змащувальна рідина (низька в’язкість), щоб добре змішатися з водою і знайти її в достатку. Фаст обрав напалм, що залишився від Другої світової війни, коли він широко використовувався для вогнеметів та запальних бомб, скинутих на Японію.
Швидко просвердлено 1000 галонів (3780 літрів) напалму, загущеного бензином, а потім 2000 галонів (7560 літрів) бензину. Він повторив процедуру чотири рази на різній глибині. (Газоносним пластом був шар вапняку, розташований на глибині близько 730 метрів). Фаст стверджував, що спричинив переломи вапняку. Коли були видобуті напалм та бензин, газ вибухнув із свердловини. Але мова йшла про таку саму кількість газу, яку можна було б отримати за допомогою соляної кислоти (звичайний метод підкислення зонда). Перша спроба перелому виявилася невдалою.
Продовжуючи дослідження в лабораторії та на польових моделях, Фаст і Фарріс продемонстрували, що гірські породи можуть руйнуватися водою. Але відразу вони зрозуміли, що розрив води є проблемою. Після вилучення води новостворені переломи негайно закриються. Чому, думали вони, не змішувати воду з піском, щоб тримати переломи відкритими? Перше подібне випробування відбулося у Східному Техасі у свердловині, яка давала менше бареля на день. Суміш піску, сирої нафти, мила та металевих речовин закачали у свердловину та залишили там на 48 годин. Мило змило олію з гірської породи. Після видалення суміші свердловина починала видобувати 50 барелів нафти на день. І це в 50 разів більше виробництва тривало протягом тривалого часу (не лише кілька місяців).
Фарріс подав заявку на патент на гідравлічний розрив пласта в травні 1948 року. Ліцензія була надана HOWCO, Техасській цементній компанії Halliburton Oil Well. 17 березня 1949 року HOWCO здійснив перші два комерційні гідравлічні руйнування в окрузі Стівенс, штат Оклахома, та окрузі Арчер, штат Техас. Потім процес руйнування був використаний у 332 свердловинах протягом 1949 р., І видобуток напрочуд збільшився на 75%. Спочатку рідина гідророзриву складалася з сирої нафти, бензину та гасу. Потім, у 1953 році, використовували воду. [2]
Гідророзрив став швидко розвиватися. До середини 50-х років бурові компанії почали використовувати все більше води з меншою кількістю хімічних добавок як рідину для розриву пласта. На перший погляд, використання води замість сирої нафти здається незвичним, оскільки польова практика рекомендує уникати води, оскільки це може скомпрометувати родовище та вплинути на видобуток нафти та газу. Однак перші польові випробування води спростували старі забобони, так що збільшення кількості води стало звичною практикою на місцях. Крім того, швидкість закачування зросла в 20 разів, перекачуючи більше рідини, що створить більший тиск на гірські породи і, очевидно, більше руйнувань. Нові інновації в насосному обладнанні додали більше кінських сил гідравлічному розриву пласта.
Боб Фаст та його колеги з "Станолінда" продовжували досліджувати гідравлічний розрив пласта протягом багатьох років. Компанія зацікавилася у використанні потужних вибухових речовин на основі ракетного палива з бажання отримати більші руйнування. Ця ідея виявилася фатальною. 11 листопада 1970 р. Екіпаж пробурив свердловину, щоб перевірити паливо у вигляді рідини для руйнування. Частина обладнання була підключена до лінії електропередач і випадково спричинила вибух. Вісім працівників загинули на місці. Фаст, який зазвичай був керівником на місці, не був присутній. Він був у відпустці. Через два роки після аварії він вийшов на пенсію. (БУДЕ СЛІДУВАТИ)