ความก้าวหน้าใน Fracking – Low-Tech, High-Tech และ Climate-Tech

การประชุมเทคโนโลยีการแตกหักด้วยไฮดรอลิก (HFTC) จัดขึ้นที่เดอะวูดแลนด์ส รัฐเท็กซัส เมื่อวันที่ 1-3 กุมภาพันธ์ พ.ศ. 2022 การระบาดใหญ่ดูเหมือนจะสิ้นสุดลงในที่สุด ตราบใดที่ไม่มีรูปแบบใหม่ที่รุนแรงปรากฏขึ้น

ช่องว่างดังกล่าวไม่ได้หยุดนวัตกรรม ซึ่งเป็นองค์ประกอบสำคัญของอุตสาหกรรมน้ำมันและก๊าซมาโดยตลอด ต่อไปนี้คือไฮไลต์ล่าสุดบางส่วน ซึ่งบางส่วนมาจาก HFTC

ความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีต่ำ

การเพิ่มจำนวนหลุมที่จะแล้วเสร็จในปี 2022 บวกกับส่วนหลุมแนวนอนที่ยาวขึ้นนั้นถือเป็นการกระโดดในทราย frac แต่ทุ่นระเบิดทรายในปัจจุบันซึ่งมักจะอยู่ในอ่างในทุกวันนี้ ได้รับผลกระทบจากราคาที่ลดลงและการบำรุงรักษาในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา และอาจไม่สามารถเติมเต็มความต้องการได้

ปั๊มกำลังขาดตลาด ผู้ปฏิบัติงานต่างแขวนคออยู่บนปั๊มที่ต้องการการซ่อมแซมหรืออัปเกรดเนื่องจากสถานที่เช่ามีอุปทานจำกัด

ผู้ปฏิบัติงานบางคนใน Permian กำลังเจาะหลุมแนวนอนที่ยาวขึ้น ข้อมูลแสดงการลดต้นทุน 15-20% สำหรับการขุดเจาะและการขุดเจาะที่เสร็จสมบูรณ์เมื่อเปรียบเทียบกับปีที่ผ่านมา ส่วนหนึ่งเป็นเพราะสามารถเจาะหลุมได้เร็วกว่า บริษัทหนึ่งเจาะแนวนอน 2 ไมล์ในเวลาเพียง 10 วัน

การเปรียบเทียบนี้แสดงให้เห็นการเจาะที่เร็วขึ้น: ที่ระดับความสูงของการขุดเจาะ Permian ในปี 2014 มีแท่นขุดเจาะ 300 แท่นเจาะน้อยกว่า 20 ล้านฟุตในหนึ่งปี ปีที่แล้ว ปี 2021 มีแท่นขุดเจาะน้อยกว่า 300 แท่นขุดเจาะ 46 ล้านฟุต ซึ่งเป็นผลลัพธ์ที่น่าทึ่ง

สาเหตุส่วนหนึ่งมาจากการใช้การออกแบบ simul-frac มากขึ้น โดยที่หลุมที่อยู่ติดกันสองหลุมจะถูกเจาะรูและแยกเป็นชิ้นเดียวกัน ซึ่งสร้างเสร็จได้เร็วกว่าการออกแบบซิป frac แบบเดิมถึง 70%

การผลิตน้ำมันต่อฟุตจะเพิ่มขึ้นตามความยาวในแนวนอนจาก 1 ไมล์เป็น 2 ไมล์ แม้ว่าบ่อน้ำส่วนใหญ่ใน Permian ในปัจจุบันจะมีความยาวอย่างน้อย 2 ไมล์ แต่ผู้ปฏิบัติงานบางคนก็กำลังก้าวข้ามขีดจำกัด สำหรับผู้ปฏิบัติงานรายหนึ่ง บ่อน้ำเกือบ 20% มีความยาว 3 ไมล์ และพอใจกับผลลัพธ์ที่ได้

แต่บางรายงานผลผสมสำหรับผลผลิตต่อเท้า ในขณะที่บางบ่อที่ยาวกว่านั้นยังคงเหมือนเดิม แต่บางบ่อลดลง 10-20% ระหว่างความยาว 2 ไมล์ถึง 3 ไมล์ ยังไม่มีผลลัพธ์ที่ชัดเจน

แถบด้านข้างคือน้ำและทรายจำนวนมหาศาลที่ใช้ในการแยกบ่อน้ำแนวนอน 3 ไมล์ หากตัวเลขที่ได้จากบ่อน้ำขนาด 2 ไมล์ทั่วไปในปี 2018 ถูกคาดการณ์เป็นบ่อน้ำขนาด 3 ไมล์ เราพบว่าปริมาณน้ำทั้งหมดเพิ่มขึ้นจาก 40 ฟุตเป็น 60 ฟุตเหนือพื้นที่สนามหญ้าของสนามฟุตบอล และทำให้เกิดคำถามเกี่ยวกับแหล่งที่มาของ น้ำแฟรค การเปิดเผยที่คล้ายกันปรากฏขึ้นสำหรับปริมาณทรายทั้งหมดที่เพิ่มขึ้นจากตู้คอนเทนเนอร์ 92 ตู้เป็น 138 ตู้คอนเทนเนอร์ และนี่เป็นเพียงบ่อเดียว

ความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีขั้นสูง  

ที่หลุมผลิต มีการมุ่งเน้นที่การรวบรวมข้อมูลมากขึ้นและวินิจฉัยข้อมูลเพื่อปรับปรุงการเจาะหลุมแนวนอนให้ดียิ่งขึ้น 

การเชื่อมต่อระยะใกล้

Seismos ได้พัฒนาระบบวินิจฉัยที่เป็นนวัตกรรมใหม่ที่สามารถระบุลักษณะการเชื่อมต่อระหว่างหลุมเจาะและอ่างเก็บน้ำได้ดีเพียงใด ซึ่งเป็นกุญแจสำคัญในการไหลของน้ำมันเข้าสู่บ่อน้ำแนวนอน

อะคูสติกพัลส์ใช้เพื่อวัดความต้านทานการไหลในบริเวณใกล้หลุมเจาะของบ่อน้ำที่มีการแตกร้าว เมตริกนี้เรียกว่า NFCI สำหรับดัชนีการเชื่อมต่อระยะใกล้ และสามารถวัดได้ตลอดแนวบ่อน้ำแนวนอน แสดงให้เห็นว่า NFCI มีความสัมพันธ์กับการผลิตน้ำมันในแต่ละขั้นตอนของ frac

การศึกษาพบว่า NFCI ขึ้นอยู่กับ:

· ธรณีวิทยาของอ่างเก็บน้ำ — หินที่เปราะบางให้จำนวน NFCI มากกว่าหินดัด

· ความใกล้เคียงของหลุมอื่นๆ ที่สามารถทำให้เกิดความเครียดที่ทำให้ตัวเลข NFCI แปรผันตามบ่อน้ำแนวนอน

· การเพิ่มตัวเปลี่ยนทิศทางหรือใช้การออกแบบ frac รายการที่จำกัด ซึ่งสามารถเพิ่มค่า NFCI ได้ถึง 30%

การตรวจสอบแรงดันหลุมเจาะที่ปิดสนิท  

ตัวอย่างไฮเทคอีกตัวอย่างหนึ่งคือ SWPM ซึ่งย่อมาจาก Sealed Wellbore Pressure Monitoring บ่อน้ำจอมอนิเตอร์แนวนอนซึ่งเต็มไปด้วยของเหลวภายใต้ความกดดัน โดดเด่นจากบ่อน้ำแนวนอนอีกหลุมที่ต้องแยกส่วนตลอดความยาว เกจวัดแรงดันในจอภาพบันทึกการเปลี่ยนแปลงของแรงดันเล็กน้อยระหว่างการทำงานของแฟรคได้ดี

กระบวนการนี้พัฒนาโดย Devon Energy และ Well Data Labs ตั้งแต่ปี 2020 มีการวิเคราะห์ระยะ fracking มากกว่า 10,000 ระยะ ซึ่งโดยทั่วไปแล้วจะอยู่ที่ 40 ระยะตามแนวขวาง 2 ไมล์

เมื่อรอยร้าวกระจายออกจากระยะ frac ที่กำหนดและไปถึงจอมอนิเตอร์ได้ดี จะมีการบันทึกแรงกดทับ จุดบลิปแรกจะถูกตรวจสอบกับปริมาตรของของเหลว frac ที่สูบเรียกว่า VFR VFR สามารถใช้เป็นพร็อกซี่สำหรับประสิทธิภาพของคลัสเตอร์ frac และแม้กระทั่งใช้ในการคำนวณเรขาคณิตการแตกหัก 

เป้าหมายอีกประการหนึ่งคือการทำความเข้าใจว่าการหมดของอ่างเก็บน้ำเนื่องจากบ่อแม่ที่มีอยู่ก่อนแล้ว อาจส่งผลต่อการเติบโตของกระดูกหักหรือไม่ การแตกหักใหม่มีแนวโน้มที่จะมุ่งหน้าไปยังส่วนที่หมดไปของอ่างเก็บน้ำ

ความเครียดที่ใกล้เคียงกันจากสายเคเบิลใยแก้วนำแสง   

สายเคเบิลไฟเบอร์ออปติกสามารถร้อยเป็นแนวยาวและต่อเข้ากับด้านนอกของปลอกหุ้มได้ สายเคเบิลออปติคัลได้รับการปกป้องโดยปลอกโลหะ ลำแสงเลเซอร์ถูกส่งลงมาที่สายเคเบิลและดึงแสงสะท้อนที่เกิดจากการจีบหรือการขยายตัว (เช่น ความเครียด) เพียงเล็กน้อยเมื่อการแตกหักที่บ่อน้ำมีรูปทรงที่เปลี่ยนแปลงโดยการเปลี่ยนแปลงของแรงดันของหลุมเจาะระหว่างการผลิตน้ำมัน

เวลาที่แม่นยำจะถูกบันทึกเมื่อมีการสะท้อนด้วยเลเซอร์ และสามารถใช้ในการคำนวณว่าตำแหน่งใดตามสายเคเบิลถูกจีบ — สามารถระบุส่วนที่เล็กที่สุดได้เพียง 8 นิ้ว

สัญญาณเลเซอร์เกี่ยวข้องกับรูปทรงและประสิทธิผลของการแตกหักที่คลัสเตอร์เจาะเฉพาะ การเปลี่ยนแปลงความเครียดขนาดใหญ่จะแนะนำการเปลี่ยนแปลงอย่างมากในความกว้างของรอยร้าวที่เชื่อมต่อกับการเจาะนั้น แต่ไม่มีการเปลี่ยนแปลงความเครียดใดๆ ที่จะบ่งชี้ว่าไม่มีการแตกหักที่การเจาะนั้น หรือการแตกหักที่มีค่าการนำไฟฟ้าต่ำมาก

นี่เป็นวันแรกและมูลค่าที่แท้จริงของเทคโนโลยีใหม่นี้ยังไม่ได้รับการกำหนด

ความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีภูมิอากาศ  

เหล่านี้เป็นนวัตกรรมที่เกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศและการปล่อยก๊าซเรือนกระจก (GHG) ที่เอื้อต่อภาวะโลกร้อน

E-fracking

ในบ่อน้ำมัน วิธีหนึ่งที่จะลดการปล่อย GHG คือบริษัทน้ำมันและก๊าซที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมในการดำเนินงานของตนเอง ตัวอย่างเช่น โดยใช้น้ำมันดีเซล ก๊าซธรรมชาติ หรือพลังงานลม หรือไฟฟ้าโซลาร์เซลล์แทนการใช้เครื่องสูบน้ำ fracking  

ในการเปิดการประชุมใหญ่ที่ HFTC Michael Segura รองประธานอาวุโสกล่าวว่า Halliburton เป็นหนึ่งในผู้เล่นหลักในฝูงบิน frac ที่ขับเคลื่อนด้วยไฟฟ้าหรือเทคโนโลยี e-frac อันที่จริง e-fracs เริ่มต้นโดย Halliburton ในปี 2016 และเผยแพร่ในเชิงพาณิชย์ในปี 2019

Segura กล่าวว่าผลประโยชน์อยู่ที่การประหยัดเชื้อเพลิงและการลด GHG ได้มากถึง 50% เขาอ้างว่านี่เป็น “ผลกระทบที่น่าทึ่งมากต่อโปรไฟล์การปล่อยมลพิษของอุตสาหกรรมของเรา”

เขายังกล่าวอีกว่า บริษัทได้ให้ "ความมุ่งมั่นอย่างมากในการพัฒนาอุปกรณ์และเทคโนโลยีที่เปิดใช้งาน เช่น การแตกหักด้วยกริด" เห็นได้ชัดว่าสิ่งนี้หมายถึงการใช้ไฟฟ้าจากกริด มากกว่าจากกังหันก๊าซที่ขับเคลื่อนโดยก๊าซในหลุมผลิตหรือแหล่ง CNG หรือ LNG

ผู้สังเกตการณ์คนหนึ่งกล่าวว่า e-fleet ที่พบบ่อยที่สุดใช้ก๊าซหลุมผลิตเพื่อขับเคลื่อนกังหันก๊าซเพื่อผลิตกระแสไฟฟ้าที่จ่ายพลังงานให้กับฝูงบิน ซึ่งจะช่วยลดการปล่อยก๊าซเรือนกระจกได้สองในสาม และหมายความว่าสามารถขุดหลุมได้มากขึ้นภายใต้ใบอนุญาตการปล่อยก๊าซเรือนกระจกที่กำหนด

E-fracs เป็นเพียงประมาณ 10% ของตลาดในขณะนี้ แต่ความต้องการทั่วโลกในการลด GHG นั้นคาดว่าจะเพิ่มการใช้ e-fracs ซึ่งโดยทั่วไปแล้วสามารถลด GHG ได้ 50%

ความร้อนใต้พิภพ  

พลังงานความร้อนใต้พิภพเป็นสีเขียวเมื่อเทียบกับเชื้อเพลิงฟอสซิล เพราะมันดึงพลังงานจากชั้นหินใต้ดินออกมาในรูปของความร้อนที่สามารถแปลงเป็นไฟฟ้าได้

Hot Dry Rock เป็นชื่อของวิธีการแตะพลังงานความร้อนใต้พิภพโดยการบดหินแกรนิตบนภูเขาใกล้กับ Los Alamos National Laboratory (LANL) ในนิวเม็กซิโก นี่คือในปี 1970

แนวคิดที่คิดค้นขึ้นที่ LANL นั้นค่อนข้างง่าย: เจาะหลุมเอียงเข้าไปในหินแกรนิตและเจาะบ่อน้ำ เจาะหลุมที่สองให้ห่างจากจุดที่จะเชื่อมต่อกับรอยร้าว จากนั้นสูบน้ำลงไปที่บ่อแรก ผ่านรอยร้าวที่จะดึงความร้อน จากนั้นขึ้นบ่อที่สองซึ่งน้ำร้อนสามารถขับเคลื่อนกังหันไอน้ำเพื่อผลิตกระแสไฟฟ้าได้

แนวคิดนี้เรียบง่าย แต่ผลการแตกหักนั้นเรียบง่าย เครือข่ายของการแตกหักเล็กๆ น้อยๆ ที่ซับซ้อนและลดการไหลของน้ำไปยังบ่อน้ำที่สอง ประสิทธิภาพไม่ดีและกระบวนการก็มีราคาแพง

แนวคิดนี้ได้รับการทดลองใช้ในสถานที่อื่นๆ ทั่วโลกแล้ว แต่ยังคงอยู่ในระดับที่สามารถซื้อได้ในเชิงพาณิชย์

John McLennon จาก University of Utah พูดในการประชุมใหญ่ของ HFTC เกี่ยวกับแผนใหม่ เขาเป็นส่วนหนึ่งของทีมที่ต้องการขยายแนวคิดด้วยการขุดเจาะหลุมแนวนอนแทนที่จะเป็นแนวตั้งใกล้ ๆ และปรับใช้เทคโนโลยี fracking ล่าสุดจากบ่อน้ำมัน โครงการนี้มีชื่อว่า Enhanced Geothermal Systems (EGS) และได้รับทุนจากกระทรวงพลังงานสหรัฐ (DOE)

โครงการเจาะหลุมแรกจากหลุมขนาด 11,000, 2021 ฟุตสองแห่งในเดือนมีนาคม พ.ศ. 300 วิธีการคือการเจาะหลุมแรกและทำแผนที่รอยแตกเพื่อออกแบบแผนกระตุ้นสำหรับหลุมที่สอง 600 ฟุตจากหลุมแรกที่จะให้การเชื่อมต่อที่จำเป็นระหว่าง สองบ่อ หากใช้ได้ผล พวกเขาวางแผนที่จะปรับการดำเนินงานให้เป็นสองหลุมซึ่งอยู่ห่างจากกัน XNUMX ฟุต

เป็นเรื่องน่าขันเล็กน้อยที่เทคโนโลยีดีๆ ที่พัฒนาขึ้นสำหรับการปฏิวัติน้ำมันจากชั้นหินและก๊าซ อาจถูกต่อกิ่งให้เป็นแหล่งพลังงานสะอาดเพื่อช่วยทดแทนพลังงานเชื้อเพลิงฟอสซิล

อีกรูปแบบหนึ่งซึ่งได้รับทุนจาก DOE ถึงมหาวิทยาลัยโอคลาโฮมา คือการผลิตพลังงานความร้อนใต้พิภพจากบ่อน้ำมันเก่า XNUMX แห่ง และนำไปใช้เพื่อให้ความร้อนแก่โรงเรียนในบริเวณใกล้เคียง

แม้จะมีความกระตือรือร้นในโครงการเช่นนี้ บิล เกตส์ให้เหตุผลว่าความร้อนใต้พิภพจะส่งผลเพียงเล็กน้อยต่อการใช้พลังงานของโลกเท่านั้น:

ประมาณ 40 เปอร์เซ็นต์ของหลุมทั้งหมดที่ขุดเพื่อความร้อนใต้พิภพกลายเป็นหลุมพราง และพลังงานความร้อนใต้พิภพมีเฉพาะในบางแห่งทั่วโลกเท่านั้น จุดที่ดีที่สุดมักจะเป็นพื้นที่ที่มีกิจกรรมภูเขาไฟสูงกว่าค่าเฉลี่ย