Inhalt
- Was ist Hydraulikfrakturierung?
- Hydraulic Fracturing Additives
- Reibungsmindernde (Slickwater) Additive
- Andere Zusatzstoffe und Stützmittel
- Fracturing Fluids variieren von einem Spiel zum anderen
- Verdünnung und Neutralisation von Additiven
Hydraulic Fracturing Fluids: In hydraulischen Fracturing-Flüssigkeiten werden eine Vielzahl chemischer Additive eingesetzt. Dazu gehören: verdünnte Säuren, Biozide, Spalter, Korrosionsinhibitoren, Vernetzer, Reibungsminderer, Gele, Kaliumchlorid, Sauerstofffänger, pH-Einstellmittel, Kalkinhibitoren und Tenside. Diese chemischen Zusätze machen typischerweise nur 1/2 bis 2 Prozent der Flüssigkeit aus. Die restlichen 98 bis 99 1/2 Prozent der Flüssigkeit sind Wasser. Stützmittel wie Sand, Aluminiumkugeln oder Keramikperlen werden häufig eingespritzt, um Brüche nach Abschluss der Druckbehandlung offen zu halten.
Was ist Hydraulikfrakturierung?
Die derzeitige Praxis für die Behandlung von Schiefergaslagerstätten mit hydraulischem Aufbrechen besteht darin, ein sequentielles Pumpereignis anzuwenden, bei dem Millionen von Gallonen wasserbasierter Aufbrechflüssigkeiten, die mit Stützmitteln und Verdickungsmitteln gemischt sind, auf kontrollierte und überwachte Weise in die oben genannte Zielschieferformation gepumpt werden Bruchdruck.
Hydraulic Fracturing Additives
Die für Gasschieferstimulationen verwendeten Fracturing Fluids bestehen hauptsächlich aus Wasser, enthalten aber auch eine Vielzahl von Additiven. Die Anzahl der chemischen Zusatzstoffe, die bei einer typischen Frakturbehandlung verwendet werden, hängt von den Bedingungen des spezifischen zu frakturierenden Brunnens ab.
Bei einer typischen Frakturbehandlung werden je nach den Eigenschaften des Wassers und der zu frakturierenden Schieferformation sehr geringe Konzentrationen von 3 bis 12 Additivchemikalien verwendet. Jede Komponente dient einem bestimmten technischen Zweck.
Reibungsmindernde (Slickwater) Additive
Die vorherrschenden Flüssigkeiten, die gegenwärtig für die Behandlung von Brüchen in den Gasschieferspielen verwendet werden, sind wasserbasierte Brechflüssigkeiten, die mit reibungsmindernden Additiven (sog. Slickwater) gemischt sind. Durch die Zugabe von Reibungsreduzierern können Frakturierungsflüssigkeiten und Stützmittel mit einer höheren Geschwindigkeit und einem geringeren Druck in die Zielzone gepumpt werden, als wenn nur Wasser verwendet würde.
Dieses Video zeigt die Ausrüstung, Materialien und Verfahren, die beim hydraulischen Brechen verwendet werden. Dies gilt für die Verwendung von hydraulischem Brechen in Kombination mit horizontalem Bohren bei der Erschließung einer Erdgasbohrung in einem organisch reichen Schiefer. Es wurde von Chesapeake Energy vorbereitet.
Andere Zusatzstoffe und Stützmittel
Zusätzlich zu Reibungsreduzierern umfassen andere Additive: Biozide, um das Wachstum von Mikroorganismen zu verhindern und das Biofouling der Frakturen zu verringern; Sauerstofffänger und andere Stabilisatoren zur Verhinderung der Korrosion von Metallrohren; und Säuren, die verwendet werden, um Bohrschlammschäden im Bereich des nahen Bohrlochs zu beseitigen. Diese Flüssigkeiten werden nicht nur verwendet, um die Brüche in der Formation zu erzeugen, sondern auch, um ein Stützmittel (oft Quarzsand oder gesintertes Bauxit) zu tragen, das sich in den induzierten Brüchen ablagert.
Die Zusammensetzung der Fracturing-Flüssigkeit variiert von einem geologischen Becken oder einer Formation zu einer anderen. Eine Liste möglicher Zusatzstoffe ist in Tabelle 1 aufgeführt. Die Auswertung der relativen Volumina der Komponenten einer Spaltflüssigkeit zeigt, dass relativ wenig Additive vorhanden sind. Insgesamt liegt die Konzentration von Additiven in den meisten Slickwater-Fracturing-Flüssigkeiten bei relativ gleichbleibenden 0,5 bis 2%, wobei Wasser 98 bis 99,5% ausmacht.
Dieses Video zeigt die Ausrüstung, Materialien und Verfahren, die beim hydraulischen Brechen verwendet werden.Dies gilt für die Verwendung von hydraulischem Brechen in Kombination mit horizontalem Bohren bei der Erschließung einer Erdgasbohrung in einem organisch reichen Schiefer. Es wurde von Chesapeake Energy vorbereitet.
Fracturing Fluids variieren von einem Spiel zum anderen
Da die Zusammensetzung der einzelnen Frakturierungsflüssigkeiten variiert, um den spezifischen Anforderungen der einzelnen Bereiche gerecht zu werden, gibt es für die Volumina der einzelnen Additive keine Formel für eine Einheitsgröße. Bei der Klassifizierung von Fracturing Fluids und ihren Additiven ist zu berücksichtigen, dass Dienstleistungsunternehmen, die diese Additive bereitstellen, eine Reihe von Verbindungen mit ähnlichen funktionellen Eigenschaften entwickelt haben, die für den gleichen Zweck in verschiedenen Bohrlochumgebungen verwendet werden können.
Der Unterschied zwischen Additivformulierungen kann so gering sein wie eine Änderung der Konzentration einer bestimmten Verbindung. Obwohl die Hydraulic Fracturing-Industrie eine Reihe von Verbindungen hat, die in einer Hydraulic Fracturing-Flüssigkeit verwendet werden können, würde jede einzelne Fracturing-Arbeit nur einige der verfügbaren Additive verwenden. Es ist nicht ungewöhnlich, dass einige Frakturierungsrezepte einige Verbindungskategorien weglassen, wenn ihre Eigenschaften für die spezifische Anwendung nicht erforderlich sind.
In den meisten industriellen Prozessen werden Chemikalien verwendet. Fast jede Chemikalie kann in ausreichenden Mengen gefährlich sein oder bei unsachgemäßem Umgang gefährlich werden. Sogar Chemikalien, die in unsere Lebensmittel oder in unser Trinkwasser gelangen, können gefährlich sein. Beispielsweise verbrauchen Trinkwasseraufbereitungsanlagen große Mengen an Chlor. Bei sachgemäßer Verwendung und Handhabung ist es für Arbeiter und Anwohner sicher und liefert sauberes, sicheres Trinkwasser für die Gemeinde.
Obwohl das Risiko gering ist, besteht das Potenzial für ungeplante Freisetzungen, die schwerwiegende Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit und die Umwelt haben können. Aus dem gleichen Grund werden beim hydraulischen Brechen eine Reihe chemischer Additive verwendet, die gefährlich sein können, aber sicher sind, wenn sie gemäß den Anforderungen und langjährigen Branchenpraktiken ordnungsgemäß gehandhabt werden. Darüber hinaus sind viele dieser Zusatzstoffe gängige Chemikalien, denen Menschen im Alltag regelmäßig begegnen.
Verdünnung und Neutralisation von Additiven
Tabelle 1 enthält eine Zusammenfassung der Additive, ihrer Hauptverbindungen, des Grundes für die Verwendung des Additivs in einer hydraulischen Spaltflüssigkeit und einiger anderer üblicher Verwendungen für diese Verbindungen. Salzsäure (HCl) ist die größte flüssige Komponente, die neben Wasser in einer Spaltflüssigkeit verwendet wird. Während die Konzentration der Säure variieren kann, ist eine 15% ige HCl-Mischung eine typische Konzentration. Eine 15% ige HCl-Mischung besteht aus 85% Wasser und 15% Säure. Daher wird das Säurevolumen mit Wasser in der Stammlösung zu 85% verdünnt, bevor es während einer Bruchbehandlung in die Formation gepumpt wird.
Nach Injektion der gesamten Stufe der Spaltflüssigkeit betrug das Gesamtvolumen der Säure in einer beispielhaften Spaltflüssigkeit aus dem Fayetteville-Schiefer 0,123%, was darauf hinweist, dass die Flüssigkeit vor dem Einpumpen in die Formation um den Faktor 122 verdünnt wurde. Die Konzentration dieser Säure wird nur weiter verdünnt, wenn sie weiter in zusätzlichen Wassermengen dispergiert wird, die möglicherweise im Untergrund vorhanden sind. Wenn diese Säure im Untergrund mit Carbonatmineralien in Kontakt kommt, wird sie durch chemische Reaktion mit den Carbonatmineralien neutralisiert, wobei Wasser und Kohlendioxid als Nebenprodukt der Reaktion entstehen.