Πρόοδος στο Fracking – Χαμηλής τεχνολογίας, υψηλής τεχνολογίας και τεχνολογίας κλίματος.

Το Συνέδριο Τεχνολογίας Υδραυλικής Θραύσης (HFTC) πραγματοποιήθηκε στο The Woodlands του Τέξας, στις 1-3 Φεβρουαρίου 2022. Το διάλειμμα της πανδημίας φαίνεται να έχει τελειώσει επιτέλους, εφόσον δεν εμφανιστούν ριζοσπαστικές νέες παραλλαγές.

Η παύση δεν σταμάτησε την καινοτομία, η οποία ήταν πάντα βασικό συστατικό της βιομηχανίας πετρελαίου και φυσικού αερίου. Ακολουθούν μερικά πρόσφατα highlights, μερικά από τα οποία προέκυψαν από το HFTC.

Προόδους χαμηλής τεχνολογίας.

Η αύξηση του αριθμού των φρεατίων που θα ολοκληρωθούν το 2022 καθώς και τα μεγαλύτερα οριζόντια τμήματα φρεατίων προμηνύουν ένα άλμα στην άμμο. Ωστόσο, τα σημερινά ορυχεία άμμου, πιο συχνά εντός της λεκάνης απορροής, έχουν υποφέρει από μειωμένες τιμές και συντήρηση τα τελευταία χρόνια και μπορεί να μην είναι σε θέση να καλύψουν την ανάγκη.

Οι αντλίες είναι σε έλλειψη. Οι χειριστές κρέμονται από αντλίες που χρειάζονται επισκευή ή αναβάθμιση, επειδή οι θέσεις ενοικίασης είναι περιορισμένες στην προσφορά τους.

Ορισμένοι χειριστές στο Permian ανοίγουν μεγαλύτερα οριζόντια πηγάδια. Τα στοιχεία δείχνουν μείωση του κόστους κατά 15-20% για γεωτρήσεις και ολοκληρώσεις φρεατίων σε σύγκριση με τα τελευταία χρόνια, εν μέρει επειδή τα πηγάδια μπορούν να διατρηθούν γρηγορότερα. Μια εταιρεία έκανε διάτρηση οριζόντιας μήκους 2 μιλίων σε μόλις 10 ημέρες.

Η ταχύτερη γεώτρηση φαίνεται από αυτή τη σύγκριση: στο απόγειο της γεώτρησης της Πέρμιας το 2014, 300 εξέδρες άντλησαν λιγότερα από 20 εκατομμύρια πλευρικά πόδια σε ένα χρόνο. Πέρυσι, το 2021, λιγότερες από 300 εξέδρες τρύπησαν 46 εκατομμύρια πόδια – ένα αξιοσημείωτο αποτέλεσμα.

Μέρος του λόγου είναι η αυξανόμενη χρήση της σχεδίασης simul-frac, όπου δύο παρακείμενα φρεάτια είναι διάτρητα και σπασμένα σε συντονισμό – 70% ταχύτερη ολοκλήρωση από την παραδοσιακή σχεδίαση με φερμουάρ.

Η παραγωγή λαδιού ανά πόδι αυξάνεται με το οριζόντιο μήκος από 1 μίλι σε 2 μίλια. Ενώ τα περισσότερα πηγάδια στο Permian έχουν πλέον μήκος τουλάχιστον 2 μιλίων, ορισμένοι χειριστές υπερβαίνουν τα όρια. Για έναν χειριστή, σχεδόν το 20% των φρεατίων έχουν μήκος 3 μιλίων και είναι ευχαριστημένοι με τα αποτελέσματα.

Ωστόσο, ορισμένοι αναφέρουν ανάμεικτα αποτελέσματα για την παραγωγικότητα ανά πόδι. Ενώ ορισμένα πηγάδια μεγαλύτερης διάρκειας παρέμειναν ίδια, ορισμένα πηγάδια μειώθηκαν κατά 10-20% μεταξύ μήκους 2 μιλίων και 3 μιλίων. Ένα οριστικό αποτέλεσμα δεν είναι ακόμα διαθέσιμο.

Μια πλαϊνή γραμμή σε αυτό είναι η τεράστια ποσότητα νερού και άμμου που χρησιμοποιούνται για την κοπή ενός οριζόντιου φρέατος 3 μιλίων. Εάν οι αριθμοί που προέκυψαν από ένα τυπικό πηγάδι 2 μιλίων το 2018 προεκταθούν σε ένα πηγάδι 3 μιλίων, βρίσκουμε ότι οι συνολικοί όγκοι νερού αυξάνονται από 40 πόδια σε 60 πόδια πάνω από την περιοχή με γρασίδι ενός γηπέδου ποδοσφαίρου – και αυτό εγείρει ερωτήματα σχετικά με την πηγή του νερού frac. Παρόμοια αποκάλυψη εμφανίζεται για τους συνολικούς όγκους άμμου που αυξάνονται από 92 κοντέινερ αυτοκινητιστών σε 138 εμπορευματοκιβώτια. Και αυτό είναι μόνο για ένα πηγάδι

Προόδους υψηλής τεχνολογίας.  

Στην κεφαλή του φρεατίου, υπάρχει μεγαλύτερη εστίαση στη συλλογή περισσότερων δεδομένων και στη διάγνωση των δεδομένων για τη βελτίωση της διάσπασης των οριζόντιων φρεατίων. 

Συνδεσιμότητα κοντινού πεδίου.

Η Seismos έχει αναπτύξει ένα καινοτόμο διαγνωστικό που μπορεί να χαρακτηρίσει πόσο καλή είναι η σύνδεση μεταξύ γεώτρησης και δεξαμενής, η οποία είναι το κλειδί για τη ροή του πετρελαίου σε ένα οριζόντιο πηγάδι.

Ένας ακουστικός παλμός χρησιμοποιείται για τη μέτρηση της αντίστασης ροής στην περιοχή κοντά στο φρεάτιο ενός φρεατίου που έχει σπάσει. Η μέτρηση ονομάζεται NFCI, για δείκτη συνδεσιμότητας κοντινού πεδίου και μπορεί να μετρηθεί κατά μήκος ενός οριζόντιου φρεατίου. Έχει αποδειχθεί ότι το NFCI συσχετίζεται με την παραγωγή ελαίου σε κάθε στάδιο frac.

Μελέτες έχουν δείξει ότι το NFCI εξαρτάται από:

· Η γεωλογία της δεξαμενής — τα εύθραυστα πετρώματα δίνουν μεγαλύτερους αριθμούς NFCI από τα όλκιμα πετρώματα.

· Εγγύτητα άλλων φρεατίων που μπορούν να προκαλέσουν τάσεις που προκαλούν τη διακύμανση των αριθμών NFCI κατά μήκος ενός οριζόντιου φρεατίου.

· Προσθήκη εκτροπέα ή χρήση σχεδιασμού frac περιορισμένης εισόδου που μπορεί να ενισχύσει τις τιμές NFCI κατά 30%.

Παρακολούθηση πίεσης σφραγισμένου φρεατίου.  

Ένα άλλο παράδειγμα υψηλής τεχνολογίας είναι το SWPM, που σημαίνει Παρακολούθηση Πίεσης Σφραγισμένου Φρέατος. Ένα οριζόντιο φρεάτιο παρακολούθησης, γεμάτο με υγρό υπό πίεση, ξεχωρίζει από ένα άλλο οριζόντιο φρεάτιο που πρόκειται να σπάσει σε όλο το μήκος του. Τα μετρητές πίεσης στο φρεάτιο της οθόνης καταγράφουν μικροσκοπικές αλλαγές πίεσης κατά τη διάρκεια λειτουργιών frac.

Η διαδικασία αναπτύχθηκε από την Devon Energy και την Well Data Labs. Από το 2020, έχουν αναλυθεί πάνω από 10,000 στάδια fracking - συνήθως 40 κατά μήκος πλάγιας μήκους 2 μιλίων.

Όταν τα κατάγματα εξαπλωθούν από ένα δεδομένο στάδιο σπασίματος και φτάσουν στο μόνιτορ καλά, καταγράφεται ένα χτύπημα πίεσης. Το πρώτο blip ελέγχεται σε σχέση με τον όγκο του υγρού frac που αντλείται, που ονομάζεται VFR. Το VFR μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως πληρεξούσιος για την αποτελεσματικότητα των κλασμάτων συστάδας και ακόμη και για τον υπολογισμό της γεωμετρίας θραύσης. 

Ένας άλλος στόχος μπορεί να είναι να κατανοήσουμε εάν η εξάντληση της δεξαμενής, λόγω ενός προϋπάρχοντος γονικού φρεατίου, μπορεί να επηρεάσει την ανάπτυξη των καταγμάτων. Ένα νέο κάταγμα τείνει να κατευθύνεται προς ένα εξαντλημένο τμήμα μιας δεξαμενής.

Καταπόνηση σχεδόν πηγάδι από το καλώδιο οπτικών ινών.   

Ένα καλώδιο οπτικών ινών μπορεί να τεντωθεί κατά μήκος ενός οριζόντιου φρεατίου και να στερεωθεί στο εξωτερικό του περιβλήματος του φρεατίου. Το οπτικό καλώδιο προστατεύεται από μεταλλικό περίβλημα. Μια δέσμη λέιζερ αποστέλλεται κάτω από το καλώδιο και συλλαμβάνει τις αντανακλάσεις που προκαλούνται από το λεπτό τσαλάκωμα ή διαστολή (δηλαδή καταπόνηση) του καλωδίου όταν ένα κάταγμα στο φρεάτιο έχει αλλοιωθεί η γεωμετρία του από μια αλλαγή στην πίεση του φρέατος κατά την παραγωγή λαδιού.

Οι ακριβείς χρόνοι καταγράφονται όταν εμφανίζεται ανάκλαση λέιζερ και αυτό μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τον υπολογισμό της θέσης κατά μήκος του καλωδίου που έχει πτυχωθεί — μπορούν να εντοπιστούν τμήματα φρέατος τόσο μικρά όσο 8 ίντσες.

Τα σήματα λέιζερ σχετίζονται με τη γεωμετρία και την παραγωγικότητα του κατάγματος σε ένα συγκεκριμένο σύμπλεγμα διάτρησης. Μια μεγάλη αλλαγή παραμόρφωσης θα υποδηλώνει μεγάλη αλλαγή στο πλάτος του κατάγματος που συνδέεται με αυτή τη διάτρηση. Αλλά καμία αλλαγή παραμόρφωσης δεν θα έδειχνε ότι δεν υπάρχει κάταγμα σε αυτή τη διάτρηση ή κάταγμα με πολύ χαμηλή αγωγιμότητα.

Αυτές είναι οι πρώτες μέρες και η πραγματική αξία αυτής της νέας τεχνολογίας δεν έχει ακόμη καθοριστεί.

Προόδους της τεχνολογίας του κλίματος.  

Πρόκειται για καινοτομίες που σχετίζονται με την κλιματική αλλαγή και τις εκπομπές αερίων του θερμοκηπίου (GHG) που συμβάλλουν στην υπερθέρμανση του πλανήτη.

E-fracking.

Στο πεδίο πετρελαίου, ένας τρόπος για τη μείωση των εκπομπών αερίων του θερμοκηπίου είναι οι εταιρείες πετρελαίου και φυσικού αερίου να πράσινουν τις δικές τους δραστηριότητες. Για παράδειγμα, χρησιμοποιώντας, αντί για ντίζελ, φυσικό αέριο ή αιολική ή ηλιακή ηλεκτρική ενέργεια για την άντληση λειτουργιών fracking.  

Σε μια εναρκτήρια σύνοδο ολομέλειας στο HFTC, ο Michael Segura, ανώτερος αντιπρόεδρος, είπε ότι ο Halliburton ήταν ένας από τους σημαντικότερους παίκτες στους στόλους frac με ηλεκτρική ενέργεια ή στην τεχνολογία e-frac. Στην πραγματικότητα, τα e-fracs ξεκίνησαν από τη Halliburton το 2016 και διατέθηκαν στο εμπόριο το 2019.

Η Segura είπε ότι τα οφέλη έγκεινται στην εξοικονόμηση καυσίμων καθώς και στη μείωση των GHG έως και 50%. Υποστήριξε ότι αυτό ήταν «αρκετά αξιοσημείωτη επίδραση στο προφίλ εκπομπών του κλάδου μας».

Είπε επίσης ότι η εταιρεία έχει αναλάβει «μεγάλη δέσμευση για την ανάπτυξη εξοπλισμού και τεχνολογίας ενεργοποίησης, όπως η ρωγμάτωση μέσω δικτύου». Αυτό προφανώς αναφέρεται στη χρήση ηλεκτρικής ενέργειας από το δίκτυο και όχι από αεριοστρόβιλους που τροφοδοτούνται από αέριο κεφαλής φρεατίου ή πηγές CNG ή LNG.

Οι πιο συνηθισμένοι ηλεκτρονικοί στόλοι χρησιμοποιούν αέριο κεφαλής φρεατίου για τη λειτουργία αεριοστροβίλων για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας που τροφοδοτεί τον στόλο, είπε ένας παρατηρητής. Αυτό μειώνει το αποτύπωμα GHG κατά τα δύο τρίτα και σημαίνει ότι μπορούν να ολοκληρωθούν περισσότερα πηγάδια με δεδομένη άδεια εκπομπών GHG.

Τα e-fracs αποτελούν μόνο περίπου το 10% της αγοράς τώρα, αλλά η παγκόσμια ζήτηση για μείωση του GHG αναμένεται να αυξήσει τη χρήση των e-fracs, όπου συνήθως μπορούν να επιτευχθούν μειώσεις GHG κατά 50%.

Γεωθερμία.  

Η γεωθερμική ενέργεια είναι πράσινη σε σύγκριση με τα ορυκτά καύσιμα, επειδή εξάγει από υπόγειους σχηματισμούς ενέργεια με τη μορφή θερμότητας που μπορεί να μετατραπεί σε ηλεκτρική ενέργεια.

Το Hot Dry Rock ήταν το όνομα της μεθόδου για την αξιοποίηση της γεωθερμικής ενέργειας με το fracking γρανίτη στα βουνά κοντά στο Εθνικό Εργαστήριο του Λος Άλαμος (LANL) στο Νέο Μεξικό. Αυτό έγινε τη δεκαετία του 1970.

Η ιδέα, που εφευρέθηκε στο LANL, ήταν αρκετά απλή: τρυπήστε ένα κεκλιμένο πηγάδι στο γρανίτη και σπάστε το πηγάδι. Ανοίξτε ένα δεύτερο πηγάδι σε κάποια απόσταση που θα συνδεόταν με το κάταγμα(α). Στη συνέχεια, αντλήστε νερό στο πρώτο πηγάδι, μέσω του σπασίματος(ων) όπου θα άντλησε θερμότητα, μετά ανεβάστε το δεύτερο πηγάδι όπου το ζεστό νερό θα μπορούσε να οδηγήσει έναν ατμοστρόβιλο για να παράγει ηλεκτρική ενέργεια.

Η ιδέα ήταν απλή, αλλά τα αποτελέσματα του κατάγματος ήταν κάθε άλλο παρά απλά – ένα δίκτυο μικροσκοπικών καταγμάτων που περιέπλεξαν και μείωσαν τη ροή του νερού στο δεύτερο πηγάδι. Η αποτελεσματικότητα δεν ήταν μεγάλη και η διαδικασία ήταν δαπανηρή.

Η ιδέα έχει δοκιμαστεί σε πολλά άλλα μέρη σε όλο τον κόσμο, αλλά παραμένει στο κατώφλι της εμπορικής προσιτότητας.

Ο John McLennon, του Πανεπιστημίου της Γιούτα, μίλησε στην ολομέλεια του HFTC για ένα νέο σχέδιο. Είναι μέρος μιας ομάδας που θέλει να επεκτείνει την ιδέα με τη γεώτρηση οριζόντιων φρεατίων αντί για σχεδόν κάθετα, και την ανάπτυξη της πιο πρόσφατης τεχνολογίας fracking από το κοίτασμα πετρελαίου. Το έργο ονομάζεται Enhanced Geothermal Systems (EGS) και χρηματοδοτείται από το Υπουργείο Ενέργειας των ΗΠΑ (DOE).

Το έργο άνοιξε το πρώτο από τα δύο φρεάτια 11,000 ποδιών τον Μάρτιο του 2021. Η προσέγγιση είναι να σπάσει το πρώτο πηγάδι και να χαρτογραφηθούν τα ρήγματα για να σχεδιαστεί ένα σχέδιο διέγερσης για το δεύτερο πηγάδι 300 πόδια από το πρώτο πηγάδι που θα παρέχει τη συνδεσιμότητα που απαιτείται μεταξύ των δύο φρεατίων. Εάν λειτουργήσει, σχεδιάζουν να προσαρμόσουν τις λειτουργίες σε δύο πηγάδια που βρίσκονται σε απόσταση 600 ποδιών μεταξύ τους.

Είναι λίγο ειρωνικό το γεγονός ότι η τεχνολογία πηγαδιών που αναπτύχθηκε για την επανάσταση του σχιστολιθικού πετρελαίου και φυσικού αερίου μπορεί να εμβολιαστεί σε μια πηγή καθαρής ενέργειας για να βοηθήσει στην αντικατάσταση των ενεργειών από ορυκτά καύσιμα.

Μια άλλη εκδοχή αυτού, με κεφάλαια από το DOE στο Πανεπιστήμιο της Οκλαχόμα, είναι η παραγωγή γεωθερμικής ενέργειας από τέσσερις παλιές πετρελαιοπηγές και η χρήση της για τη θέρμανση σχολείων κοντά.

Παρά τον ενθουσιασμό σε έργα όπως αυτά, ο Μπιλ Γκέιτς υποστηρίζει ότι η γεωθερμία θα συμβάλει μέτρια στην παγκόσμια κατανάλωση ενέργειας:

Περίπου το 40 τοις εκατό όλων των πηγαδιών που σκάβονται για γεωθερμία αποδεικνύονται σκουπίδια. Και η γεωθερμία είναι διαθέσιμη μόνο σε ορισμένα μέρη σε όλο τον κόσμο. Τα καλύτερα σημεία τείνουν να είναι περιοχές με ηφαιστειακή δραστηριότητα άνω του μέσου όρου.