水力压裂原理

为什么要钻马塞勒斯页岩?

在过去十年中，化石燃料价格大幅上涨，使得非常规燃料生产方法在经济上更具大规模可行性。这些方法比传统的钻井要昂贵得多，但随着供应的减少和需求的飙升，这些方法变得越来越必要。水力压裂是一种从页岩地层中生产天然气的非常规天然气开发方法。美国各地都有这样的页岩地层:德克萨斯州、纽约州、宾夕法尼亚州、西弗吉尼亚州和全国许多其他州都有。¹

页岩地层是沉积岩的一种类型，这是一种由有机和矿物沉积在水盆中形成的岩石类型。化石燃料，包括石油和天然气，是由地下腐烂的有机物质形成的。根据形成岩石的沉积物的组成，页岩地层可以成为很好的化石燃料来源。马塞勒斯页岩地层是美国众多页岩气地层之一，其中蕴藏着丰富的天然气。在宾夕法尼亚州，它占地33114平方英里，占总土地面积的73%。²

钻探马塞勒斯页岩

水力压裂井既可以垂直钻井也可以水平钻井。与直井相比，水平井成本更高，也更难精确钻井，但它们可以使作业者从单井中提取更多的天然气，极大地减少对地面的影响，提高井的经济可行性。Marcellus页岩位于饮用水含水层之下，并被极低渗透的岩石与含水层隔开。在钻井后，它被钢和混凝土包裹起来，以防止井本身坍塌，并防止压裂液和天然气迁移到地下水供应中。

压裂

尽管Marcellus页岩的天然气储量巨大，但页岩地层的渗透率通常极低，在0.01至0.00001毫达之间。典型的油藏地层的渗透率在100毫达之间。这种低天然渗透率意味着，在地层中钻探的任何产气井都无法生产足够的天然气，从而使该井在经济上具有可行性。水力压裂是一种用于增加页岩地层渗透性的过程，这样天然气就可以向井中运移。

水力压裂过程首先是向地下页岩地层注水，提高渗透率和水力传导能力。筛过的沙子被添加为“支撑剂”，以防止新破裂的岩石再次闭合。砂也为压裂液提供了一种介质。除了水和沙，还使用少量的化学添加剂来进一步提高生产率。这些添加剂通常包括减少井内摩擦的化学物质，使支撑剂能够有效地穿过岩石裂缝，防止藻类和细菌的生长，从而损害井系统，并防止油井管道腐蚀。常见的添加剂列在表1中，通常占总流体体积的0.05 - 0.5%。^3.，5

虽然其中一些化学物质是有害的，但需要注意的是，这些化学物质的注射浓度极低;大多数压裂液是清洁的、筛过的沙子和水。工程师和地质学家确定压裂液的确切成分，包括体积和注入压力。这通常是通过计算机模拟程序来完成的，该程序能够对地下条件进行三维分析。这些程序能够指定井泵的操作，预测裂缝动力学，并指定压裂液中的最佳支撑剂和化学混合物。⁴

参考文献

1.亚瑟，J.丹尼尔等人。Marcellus页岩气井水力压裂注意事项

2.01扎卡里。GIS的计算。2010年4月。

3.Marcellus页岩联盟。“水力压裂法”。更新后的2009年。http://www.pamarcellus.com/fracing.php．

4.Meyer & Associates公司“MFrac”www.mfrac.com/mfrac.html

5.纽约环境保护部。“马塞勒斯页岩”。更新后的2010年。http://www.dec.ny.gov/energy/46288.html