Кратка история на хидравличното разбиване (1) Сътрудници
С право може да се каже, че историята на хидравличното разбиване започва с историята на първия сондаж за добив на нефт от Едуин Л. Дрейк (1819-1880), известен като полковник Дрейк, който никога не е бил полковник, а само диригент на влак, но името на полковника изискваше уважение).
През 1856 г. петролната компания Seneca в Питсбърг, Пенсилвания, започва да произвежда керосин (газ от лампа) от нефт, който изтича на повърхността в близкия град Титусвил. Тъй като това, което може да се събере на повърхността, не е достатъчно за рафинерия, собствениците на Seneca Oil наемат Дрейк през 1858 г., за да проучи възможността за добив на по-големи количества петрол чрез изкопаване на сондаж, подобен на изкопания за вода.
На 27 август 1859 г. сондажът, изкопан от Дрейк и хората му, достига дълбочина 21 м. Тъй като беше събота, работата беше спряна. На следващия ден сондажът беше пълен с петрол.
Музей Дрейк, в който се помещава първата в света сондажна платформа за петрол. (Източник)
Така започна историята на една форма на енергия, "петролната ера", която ще направи революция в развитието на човешкото общество и чиито последици живеем днес.
Дрейк изпомпваше сондажното масло в дървени бъчви. Тъй като петролната индустрия започва да се развива в края на 19-ти век, производителите на суров нефт следват производителите на уиски, които транспортират стоките си в 40-литрови дървени бъчви („бъчви“ или „бъчви“). . Нефтениците адаптират идеята за този вид транспорт, добавяйки 2 галона, за да компенсират евентуални загуби. В резултат се получи значителен факт: за първи път купувачите знаеха точно колко суров нефт са закупили. Въпреки че суровият нефт вече не се транспортира в барели, той все още се измерва в барели (bbs), еквивалентно на 42 галона (159 литра) [1] .
Едуин Л. Дрейк не патентова метода си, няма умения на бизнесмен и почина беден през 1880 г., 22 години след като изобретението му постави началото на нова ера на просперитет, породена от използването на петролни производни ( автомобилен бензин, дизел, самолети, пластмаси, химикали и фармацевтични продукти и др. и др.).
Едуард А. Л. Робъртс (1829-1881) идва в Титусвил няколко години след „полковник“ Дрейк. Когато умира (една година след Дрейк), той е един от най-богатите хора по това време в САЩ. Ако Дрейк може да се счита за баща на сондажа, тогава Робъртс може да се смята за баща на сондажа. Той измисли "Торпедото на Робъртс".
По време на Гражданската война в Америка Робъртс е подполковник от юнионистката (Северна) армия. Той участва със своя полк в кървавата битка при Фредериксбърг, Вирджиния. По време на масираната атака от южната артилерия той направи интересно наблюдение: някои вражески снаряди паднаха в малък канал и детонираха под водата. Тежестта на водата донякъде смали експлозията, принуждавайки задействаната енергия да се придвижва към бреговете на канавката. Робъртс си помисли да приложи този принцип към новите петролни платформи в Пенсилвания, като постави взривно устройство на дъното на кладенеца, пълен с вода. По този начин водата ще принуди експлозията да се разпространи хоризонтално в скалите около сондажа вместо вертикално.
Торпедото на Робъртс беше първото устройство за разбиване на скали. Той донесе шест бомби в Титусвил. Те бяха калаени цилиндри, пълни с барут и снабдени с детонираща капачка на главите си. Работниците на Робъртс спуснаха торпедото в сондата с дълга жица. Веднъж на дъното, парче метал, наподобяващо олово от въдици, беше хвърлено върху жицата, удряйки скобата и детонирайки барута. Робъртс патентова изобретението си през 1866 година.
Торпедо, проектирано от Едуард А. Л. Робъртс. (Източник)
Прилагането на този процес, както в новопробитите, така и в старите кладенци, с ниско производство, постигна значителен успех. Скоро барутът беше заменен с нитроглицерин. Местните вестници вече не хвалеха важността на изобретението на Робъртс: „През последните три години това беше най-успешната операция и увеличи производството на петрол със стотици и стотици сондажи в количество, което е трудно да се изчисли. След откриването на нефт, никое друго изобретение не е довело толкова до обогатяването на собствениците на сондажи, както торпедото на Робъртс. ".
Следващият акт в историята на хидравличното разбиване ще бъде изигран в Тулса, Оклахома, самопровъзгласилата се "Световна петролна столица" (не без основание: тук е основана през 1917 г. Американската асоциация на нефтените геолози, най-важната професионална организация на петролните геолози в света). и издава списания с висок профил като AAPG Bulletin, а през 1930 г. Обществото на геофизиците за проучване, водещата в света професионална организация на петролните геофизици, издателят на Geophysics and The Водещ ръб).
Местната компания в тежка категория в Тълса се нарича Stanolind, създадена през 1911 г. от разчленяването на империята на Джон Д. Рокфелер (Standard Oil) от Върховния съд. Stanolind (който стана Amoco и по-късно част от British Petroleum Corporation) имаше независими изследователски звена, както имаха само две други компании: Texas Oil Company, по-късно Texaco и Standard Oil Company от Ню Джърси, по-късно Exxon.
Един от младите инженери, работещи в Станолинд веднага след Втората световна война, беше наречен Райли "Флойд" Фарис. Неговата специалност беше циментът в сондажа. Тогава, както и сега, фуражните машини използваха цимент, за да запълнят празните пространства между концентричната тръба и тръбата между външната тръба и скалите в стената на кладенеца. По този начин чрез циментиране сондата се закрепва трайно в скалата. Ако сондажът преминава през участък с вода (като подпочвени води или питейния водоносен хоризонт), циментът помага за уплътняване на кладенеца (водата не навлиза в скалата в кладенеца) и, обратно, за запечатване на водоносните скали (водата не замърсява с течности в ствола на кладенеца). сонда).
Фарис беше заинтригуван от мистерия, която старите петролни производители не можеха да обяснят. Те забелязаха, че когато циментът навлезе в кладенеца, част от него понякога изчезва. Тогава циментът не беше евтин (не е и днес) и когато беше загубен, разходите за пробиване се увеличиха поради допълнителния цимент. Някои сондажи изискват до пет допълнителни циментови греди. Загубата на цимент разстрои Фарис. Защо някои кладенци "поглъщат" повече цимент, отколкото показват изчисленията му? Какво става? Накъде отиваше циментът?
Провеждайки систематични проучвания върху 115 сондажа и корелирайки налягането, създадено от теглото на цимента, с дълбочината на сондажите, Фарис стига до следния извод: Теглото на цимента и други течности в сондажа разбива скалите, създавайки фрактури. Когато циментът се изпомпва в кладенеца, част от него се губи при счупвания. Ами ако се опита да счупи скалата чрез изпомпване на течност? За разлика от цимента, течността може да бъде отстранена от сондажа след счупване на скалите. След като течността се отстрани, той си помисли, че може би повече петрол и газ биха изтекли от скалата.
През ноември 1946 г. Боб Фаст, 25-годишен мъж и колега на Фарис, решава да провери хипотезата за разбиване на скали с течност. Експериментът се проведе през следващата година в кладенец Klepper # 1 в газовото находище Hugoton в югозападната част на Канзас.
През 1947 г. Stanolind Oil извършва първото хидравлично разбиване в газовото поле Hugoton, разположено в югозападната част на Канзас. В експеримента се използва напалм (желатинов бензин) и пясък от река Арканзас. (Източник)
Полковник Робъртс се счупи с експлозив, но Фаст и Фарис направиха първата фрактура с течност. Тъй като водата генерира триене, което изисква много помпи за инжектиране в скалите, Fast търси начин да намали триенето на водата. Нуждаеше се от смазваща течност (нисък вискозитет), за да се смеси добре с вода и да се намери в изобилие. Бърз избра напалма, останал от Втората световна война, когато беше широко използван за огнехвъргачки и запалителни бомби, хвърлени върху Япония.
Бързо пробити 1000 галона (3 780 литра) напалм сгъсти бензин, последвани от 2000 галона (7560 литра) бензин. Той повтори процедурата четири пъти на различни дълбочини. (Газоносната формация представлява слой от варовик, разположен на дълбочина около 730 метра). Fast твърди, че е причинил фрактури във варовика. Когато напалмът и бензинът бяха възстановени, газът изригна от сондажа. Но ставаше дума за приблизително същото количество газ, което би било получено чрез използване на солна киселина (конвенционалният метод за подкисляване на сондата). Първият опит за счупване се оказа неуспешен.
Продължавайки изследванията в лабораторията и на полеви модели, Fast и Farris демонстрират, че резервоарните скали могат да бъдат разрушени с вода. Но веднага те разбраха, че напукването на вода е проблем. След извличането на водата новосъздадените фрактури ще се затворят незабавно. Защо, мислеха те, да не смесват вода с пясък, за да поддържат отворени фрактури? Първият подобен тест се проведе в Източен Тексас в кладенец, който добиваше по-малко от барел на ден. Смес от пясък, суров нефт, сапун и метални вещества се изпомпва в сондажа и се оставя там за 48 часа. Сапунът изми маслото от скалата. След отстраняването на сместа кладенецът започва да произвежда 50 барела петрол на ден. И това 50 пъти по-високо производство продължи дълго време (не само няколко месеца).
Фарис подава заявка за патент за хидравлично разбиване през май 1948 г. Лицензът е предоставен на HOWCO, Halliburton Oil Well Cementing Company of Texas. На 17 март 1949 г. HOWCO извършва първите две търговски хидравлични фрактури в окръг Стивънс, Оклахома и окръг Арчър, Тексас. След това процесът на разбиване беше използван в 332 сондажа през 1949 г. и производството се увеличи изненадващо със 75%. Отначало течността за разбиване се състои от суров нефт, бензин и керосин. След това, през 1953 г., се използва вода. [2]
Хидравличното разбиване започна да се развива бързо. Към средата на 50-те години сондажните компании започнаха да използват все повече вода с по-малко химически добавки като течност за разбиване. На пръв поглед използването на вода вместо суров нефт изглежда необичайно, тъй като полевата практика препоръчва да се избягва водата, тъй като тя може да компрометира находището и да повлияе на добива на нефт и газ. Първите полеви тестове за вода обаче опровергаха старите предразсъдъци, така че нарастващите количества вода станаха обичайна практика в полето. В допълнение, скоростта на инжектиране се е увеличила 20 пъти, изпомпвайки повече течност, което ще създаде по-голям натиск върху скалите и, косвено, повече фрактури. Нови иновации в помпеното оборудване добавиха повече конски сили към хидравличното разбиване.
Боб Фаст и колегите му от Stanolind продължават да изследват хидравличното разбиване в продължение на много години. Компанията се заинтересува от използването на мощни експлозиви на основата на ракетно гориво, от желанието да произведе по-големи фрактури. Тази идея се оказа фатална. На 11 ноември 1970 г. екипаж проби кладенец, за да тества горивото като течност за разрушаване. Едно оборудване беше свързано към електропровода и случайно предизвика експлозия. На място бяха убити осем работници. Fast, който обикновено беше надзорник на място, не присъстваше. Беше на почивка. Две години след инцидента той се пенсионира. (ЩЕ ПОСЛЕДВАМ)