Stručná história prispievateľov hydraulického štiepenia (1)
Možno oprávnene povedať, že história hydraulického štiepenia začína históriou prvého ťažby na ťažbu ropy Edwina L. Drakea (1819-1880), známeho ako plukovník Drake, ktorý nikdy nebol plukovníkom, iba vodičom vlak, ale meno plukovníka si vyžadovalo rešpekt).
V roku 1856 začala spoločnosť Seneca Oil Company z Pittsburghu v Pensylvánii vyrábať petrolej (lampový plyn) z ropy, ktorá unikala na povrch v neďalekom meste Titusville. Pretože to, čo sa dalo zhromaždiť na povrchu, nestačilo na rafinériu, majitelia spoločnosti Seneca Oil si v roku 1858 najali Drakea, aby preskúmala možnosť ťažby väčšieho množstva ropy vykopaním vrtov podobných tým, ktoré sa vykopali kvôli vode.
27. augusta 1859 vrt, ktorý vykopali Drake a jeho muži, dosiahol hĺbku 21 m. Pretože bola sobota, práce boli zastavené. Na druhý deň bol vrt plný oleja.
Drake Museum, kde sa nachádza prvá ropná vrtná súprava na svete. (Zdroj)
Tak sa začala história formy energie, „ropného veku“, ktorá spôsobí revolúciu vo vývoji ľudskej spoločnosti a ktorej následky dnes žijeme.
Drake načerpal vrtný olej do drevených sudov. Keď sa na konci 19. storočia začal rozvíjať ropný priemysel, nasledovali producenti ropy producentov whisky, ktorí svoj tovar prepravovali v 40-galónových drevených sudoch („sudoch“ alebo „sudoch“). . Naftári prispôsobili myšlienku tohto typu dopravy a na vyrovnanie možných strát pridali 2 galóny. Výsledkom bol významný fakt: kupujúci po prvý raz presne vedeli, koľko ropy si kúpili. Aj keď sa ropa už neprepravuje v sudoch, stále sa meria v sudoch (bbs), čo predstavuje ekvivalent 159 litrov [42]. .
Edwin L. Drake si svoju metódu nenechal patentovať, nemal schopnosti obchodníka a zomrel chudobný v roku 1880, 22 rokov po tom, čo jeho vynález znamenal začiatok novej éry prosperity, ktorá sa vygenerovala použitím ropných derivátov ( automobilový benzín, nafta, letecký benzín, plasty, chemikálie a farmaceutiká atď.).
Edward A. L. Roberts (1829-1881) prišiel do Titusville niekoľko rokov po „plukovníkovi“ Drakeovi. Keď zomrel (rok po Drakeovi), patril k najbohatším ľuďom tej doby v USA. Ak možno Drakeho považovať za otca ropných vrtov, potom Robertsa možno považovať za otca vrtania studní. Vynašiel „Robertsovo torpédo„.
Počas americkej občianskej vojny bol Roberts podplukovníkom v unionistickej (severnej) armáde. So svojím plukom sa zúčastnil krvavej bitky o Fredericksburg vo Virgínii. Počas mohutného útoku južného delostrelectva urobil zaujímavé pozorovanie: niektoré nepriateľské granáty spadli do malého prieplavu a odpálili pod vodou. Váha vody trochu tlmila výbuch, a tak nútila spustenú energiu, aby sa pohybovala smerom k brehom priekopy. Roberts napadlo uplatniť tento princíp na nové ropné plošiny v Pensylvánii umiestnením výbušného zariadenia na dno studne naplnenej vodou. Voda teda prinúti výbuch, aby sa šíril v skalách okolo vrtu horizontálne, nie vertikálne.
Robertsovo torpédo bolo prvým zariadením na štiepenie hornín. Do Titusville priniesol šesť bômb. Boli to plechové valce naplnené strelným prachom a na hlavách vybavené detonačným uzáverom. Robertsovi pracovníci spustili torpédo do sondy pomocou dlhého drôtu. Raz na dne bol na drôt hodený kus kovu pripomínajúci olovo z rybárskych prútov, ktorý narazil do svorky a odpálil strelný prach. Roberts si svoj vynález nechal patentovať v roku 1866.
Torpédo, ktoré navrhol Edward A. L. Roberts. (Zdroj)
Uplatnenie tohto procesu v novo vŕtaných aj v starých studniach s nízkou produkciou bolo značným úspechom. Pušný prach bol čoskoro nahradený nitroglycerínom. Miestne noviny už nechválili význam Robertsovho vynálezu: „Za posledné tri roky to bola najúspešnejšia operácia a zvýšila produkciu ropy o stovky a stovky vrtov v množstve, ktoré je ťažké odhadnúť. Po objave ropy žiadny iný vynález neviedol toľko k obohateniu vlastníkov vrtov ako Robertsovo torpédo. ““.
Ďalšie dejstvo v histórii hydraulického štiepenia sa bude hrať v Tulse v Oklahome, samozvanom „World Oil Capital“ (nie bezdôvodne: tu bola založená v roku 1917 Americká asociácia ropných geológov, najdôležitejšia profesionálna organizácia ropných geológov na svete. a vydáva najvyššie odborné časopisy, ako napríklad AAPG Bulletin, a v roku 1930 Society of Exploration Geophysicists, popredná svetová odborná organizácia ropných geofyzikov, vydavateľ Geophysics and The Nábežná hrana).
Miestna spoločnosť s vysokou hmotnosťou v Tulse sa volala Stanolind a vznikla v roku 1911 rozštiepením ríše Johna D. Rockefellera (Standard Oil) Najvyšším súdom. Stanolind (ktorý sa stal Amoco a neskôr súčasťou British Petroleum Corporation) mal nezávislé výskumné jednotky, pretože iba dve ďalšie spoločnosti mali: Texas Oil Company, neskôr Texaco a Standard Oil Company z New Jersey, neskôr Exxon.
Jeden z mladých inžinierov pracujúcich v spoločnosti Stanolind bezprostredne po druhej svetovej vojne dostal meno Riley „Floyd“ Farris. Jeho špecialitou bol cement vo vrte. Potom, rovnako ako teraz, žacie stroje používali cement na vyplnenie prázdnych miest medzi koncentrickým potrubím a potrubím medzi vonkajšou rúrkou a horninami v stene vrtu. Cementom sa teda sonda natrvalo ukotví v skale. Ak vŕtanie prechádza oblasťou s vodou (napríklad podzemná voda alebo vodonosná vrstva), cement pomáha utesniť studňu (voda nevstupuje do hornín do studne) a naopak utesniť horniny zvodnenej vrstvy (voda nie je kontaminovaná tekutinami v studni). sonda).
Farrisa zaujalo tajomstvo, ktoré starí naftári nedokázali vysvetliť. Všimli si, že keď cement vstúpi do studne, časť z nej niekedy zmizne. Cement vtedy nebol lacný (dnes tomu tak nie je) a keď sa stratil, náklady na vŕtanie sa zvýšili v dôsledku prídavku cementu. Niektoré vrty vyžadovali až päť ďalších cementových nosníkov. Strata cementu rozrušila Farrisa. Prečo niektoré studne „prehĺtajú“ viac cementu, ako naznačujú jeho výpočty? Čo sa stane? Kam išiel cement?
Systematickými štúdiami na 115 vrtoch a koreláciou tlaku vytvoreného hmotnosťou cementu s hĺbkou vrtov Farris dospel k nasledujúcemu záveru: Hmotnosť cementu a iných kvapalín vo vrte rozbila skaly a vytvorila zlomy. Keď sa cement načerpal do studne, časť sa stratila zlomeninami. Čo keby sa pokúsil rozbiť horninu čerpaním kvapaliny? Na rozdiel od cementu mohla byť kvapalina z vrtu odstránená po rozbití hornín. Akonáhle sa kvapalina odstránila, myslel si, že by zo skaly mohlo uniknúť viac oleja a plynu.
V novembri 1946 sa Bob Fast, 25-ročný muž a kolega z Farris, rozhodol otestovať hypotézu štiepenia hornín kvapalinou. Experiment sa uskutočnil budúci rok vo vrte Klepper # 1 v plynovom poli Hugoton v juhozápadnom Kansase.
V roku 1947 spoločnosť Stanolind Oil uskutočnila prvé hydraulické štiepenie v plynovom poli Hugoton ležiacom v juhozápadnom Kansase. Pri experimente sa použil napalm (želatínový benzín) a piesok z rieky Arkansas. (Zdroj)
Plukovník Roberts zlomil výbušninu, ale Fast a Farris urobili prvú zlomeninu pomocou kvapaliny. Pretože voda vytvára trenie a vyžaduje si veľa čerpadiel, ktoré by ju injektovali do hornín, Fast hľadal spôsob, ako znížiť vodné trenie. Potreboval mazaciu kvapalinu (s nízkou viskozitou), aby sa dobre premiešal s vodou a bolo ho dostatok. Fast si vybral napalm, ktorý zostal po druhej svetovej vojne, keď sa široko používal pre plameňomety a zápalné bomby zhodené na Japonsko.
Rýchlo vyvŕtaný benzín zahustený 1 000 galónov (3 780 litrov) benzínu, po ktorom nasleduje 2 000 galónov (7 560 litrov) benzínu. Postup opakoval štyrikrát v rôznych hĺbkach. (Plynonosným útvarom bola vrstva vápenca nachádzajúca sa v hĺbke asi 730 metrov). Fast tvrdil, že spôsobil zlomeniny vápenca. Pri regenerácii napalmu a benzínu plyn z vrtu unikol. Išlo však o rovnaké množstvo plynu, aké by sa dalo získať použitím kyseliny chlorovodíkovej (konvenčná metóda okyslenia sondy). Prvý pokus o zlomeninu sa ukázal ako neúspech.
V pokračujúcom výskume v laboratóriu a na poľných modeloch Fast a Farris preukázali, že horniny rezervoárov sa dajú rozbiť vodou. Ale okamžite si uvedomili, že praskanie vody je problém. Po extrakcii vody sa novovytvorené zlomeniny okamžite uzavrú. Prečo si mysleli, že nemiešať vodu s pieskom, aby boli zlomeniny otvorené? Prvý takýto test sa uskutočnil vo východnom Texase v studni, ktorá produkovala menej ako barel denne. Do vrtu sa načerpala zmes piesku, ropy, mydla a kovových látok, ktorá sa tam nechala 48 hodín. Mydlo umylo olej zo skaly. Po odstránení zmesi začala jamka produkovať 50 barelov oleja denne. A táto 50-krát vyššia výroba pokračovala ešte dlho (nielen pár mesiacov).
Farris podal žiadosť o patent na hydraulické štiepenie v máji 1948. Licencia bola udelená spoločnosti HOWCO, spoločnosti Halliburton Oil Well Cementing Company, Texas. 17. marca 1949 vykonala spoločnosť HOWCO prvé dva komerčné hydraulické zlomeniny v okrese Stephens v Oklahome a okrese Archer v Texase. Proces štiepenia sa potom v roku 1949 použil v 332 vrtoch a produkcia sa prekvapivo zvýšila o 75%. Štiepna tekutina spočiatku pozostávala z ropy, benzínu a petroleja. Potom sa v roku 1953 použila voda. [2]
Hydraulické štiepenie sa začalo rýchlo rozvíjať. V polovici 50. rokov začali vrtné spoločnosti ako štiepna tekutina používať čoraz viac vody s menším počtom chemických prísad. Na prvý pohľad sa zdá použitie vody namiesto ropy neobvyklé, pretože praktická prax odporúča vyhýbať sa vode, pretože by to mohlo ohroziť pole a ovplyvniť ťažbu ropy a plynu. Prvé testy na poľnej vode však vyvrátili staré predsudky, takže zvyšujúce sa množstvo vody sa stalo v teréne bežnou praxou. Okrem toho sa rýchlosť vstrekovania zvýšila 20-krát, čím sa načerpalo viac tekutiny, čo vytvorí väčší tlak na skaly a implicitne aj viac zlomov. Nové inovácie v čerpacích zariadeniach pridali viac výkonu do hydraulického štiepenia.
Bob Fast a jeho kolegovia zo spoločnosti Stanolind pokračovali vo výskume hydraulického štiepenia už mnoho rokov. Spoločnosť sa začala zaujímať o použitie silných výbušnín založených na raketovom palive z dôvodu túžby spôsobiť väčšie zlomeniny. Táto myšlienka sa stala osudnou. 11. novembra 1970 posádka vyvŕtala studňu, aby otestovala palivo ako štiepnu tekutinu. Kus zariadenia bol pripojený k elektrickému vedeniu a náhodne spustil výbuch. Na mieste bolo zabitých osem pracovníkov. Fast, ktorý bol zvyčajne supervízorom na mieste, nebol prítomný. Bol na dovolenke. Dva roky po nehode odišiel do dôchodku. (BUDE NASLEDOVAŤ)