水力压裂的完整指南

近年来，随着美国页岩油气钻探和生产的兴起，水力压裂引起了广泛的关注。在人们日益关注环境的情况下，水力压裂也是世界各地激烈辩论，争议和抗议的中心。由于采用了水力压裂方法，美国页岩油生产商在过去十年中大大提高了美洲的原油，天然气和天然气液（NGL）产量。得益于水力压裂开始的钻探热潮，美国现在是全球最大的石油和天然气生产国，领先于俄罗斯和沙特阿拉伯。

在油气需求增长不断增长的世界中，重要的是，投资者必须了解水力压裂的关键方面，以便做出明智的投资决策。

完整的水力压裂指南将回答以下问题：

什么是水力压裂？水力压裂如何工作？水力压裂有哪些类型？水力压裂的主要利弊是什么？什么是水力压裂？

水力压裂，也称为压裂或压裂，是一种增产工艺，可增加石油和天然气的产量。通常执行这种水力压裂增产措施以增加通常具有低渗透率的岩石（如页岩和致密砂岩）中的流体流量。

顾名思义，水力压裂的目的是在岩石中产生新的裂缝或增加现有裂缝，从而使诸如石油和天然气等流体能够更自由地流动。如果不进行水力压裂，就无法经济地开采出紧密锁定在低渗透率岩石中的油气。在水力压裂之前，岩石中的烃含量太高，以至于无法盈利。由于水力压裂，美国页岩中许多先前非生产性的地层已经开始生产石油和天然气。

尽管水力压裂在本世纪已广为人知，但这种增产方法并不是一项新颖的发明。

在垂直油气井中，水力压裂已经使用了半个多世纪，以促进常规油气层中流体的流动。

美国的水力压裂首先由Stanolind Oil在1940年代在堪萨斯州的Hugoton气田进行了测试。

但正是石油和天然气井的水平钻井引发了美国页岩气革命，使美国在不到二十年的时间里成为了世界上最大的石油和天然气生产国。

根据美国能源情报署（EIA）的数据，目前，在美国各地水平钻探致密油和页岩气地层的油井压倒性地占主导地位。

就在15年前（即2004年），水平钻井仅占致密油地层美国原油产量的15％。截至2018年底，水平钻井的份额占致密地层美国原油产量的96％。

页岩气生产的水平钻井天然气井所占份额相似。EIA数据显示，早在2004年，这一比例仅为14％，而到2018年底，这一比例已跃升至97％。

在过去的二十年中，水力压裂和水平钻井一直是美国石油和天然气产量增长的主要推动力。但是水力压裂实际上是如何工作的呢？

水力压裂如何工作？

水力压裂是将高压和高速率的特制流体泵入含油或含气岩层中以产生裂缝和裂缝的过程，从而使油和/或气可以自由移动并以合理的成本开采。

压裂液或压裂液包含水，支撑剂和化学物质，这是由于将流体泵入地层的压力很高而产生裂缝。这些裂缝远离井眼延伸，甚至可以延伸到距井眼数百英尺的地方。压裂液通常还包括与家用化妆品和清洁产品中相似的凝胶，减摩剂和表面活性剂。压裂液中的这些添加剂可以改善增产作业的结果以及油井或气井的生产率。

典型的压裂液将包含三到十二种其他化学物质。这些可能是酸，盐，碳酸钠等，它们可以提高效率并保护管道和井眼免受腐蚀，并确保化学物质不会改变其特性或冻结。

支撑剂是与压裂液混合的固体颗粒，使岩石中的裂缝保持开放状态，从而刺激石油或天然气更容易从井中流出。如果没有支撑剂使裂缝保持打开状态，则裂缝将闭合并且不允许石油或天然气从地层中流出。

支撑剂可以是沙粒或经过特殊设计和人造的陶瓷材料。由于固体颗粒的大小和形式不同，因此，钻工会仔细选择用于压裂的支撑剂类型。沙子或其他支撑剂的正确形状和大小将有助于增加石油和/或天然气从储层到井筒的流量。

在高压下将压裂液泵入地层后，岩石的压力通过井眼将流体返回至地表。这种流体通常称为采出水或回流，可能包含注入储层中的化学物质以及包括金属，盐水和碳氢化合物在内的天然材料。产生的水通常在被处置，处理或再循环之前，被存储在压裂现场的储罐中或井中。

在许多情况下，将回流液注入地下进行处置。但是，并非所有地区都允许使用此选项，因此钻井者必须处理，加工或再利用产出水。在美国，根据每个州的生产废水处理环境法规，石油和天然气钻探人员和生产商通常有三种选择

处理和再利用深井注入，或露天坑

联邦和州制定了有关如何处置和处置产出水的方法，在何处处置，以免影响当地的饮用水资源。水力压裂的反对者认为反流水的处理和处置是压裂技术的广泛应用的关键问题之一。

尽管水力压裂在美国已经使用了65年以上，但直到1990年代末和2000年代初，水平钻井与水力压裂相结合才引发了美国页岩油的生产热潮。

水力压裂有哪些类型？

水平钻井和定向钻井技术使石油和/或天然气层对生产井的暴露增加。与水力压裂相结合，水平钻井将石油或天然气的生产扩大到曾经被认为对石油或天然气的生产不经济的地层。

在定向钻井（其中一部分是水平钻井）之前，垂直向下钻探油气井。

使用定向钻孔时，钻孔角度会发生变化，并且并非垂直。通过这种方式，定向或水平钻井可以达到更多的含油气层，并能刺激那些只能通过垂直钻井才能实现的储层。可以设计水平侧向断面以达到自然裂缝，以帮助它们扩展开来，以增加地层中的石油或天然气流量。

简而言之，水平钻井将更多的储层暴露于井眼，从而显着提高了已钻探的油井或气井的产量。

随着钻井技术和设备的进步，钻井人员现在可以更准确地，在更深的地下层和更长的距离内放置多个水平井眼。

公司还使用了多口钻井垫，可以定向钻几口井。垫层钻井使钻探人员和生产者可以在多个方向上瞄准地下储层，同时将对地面的影响最小化。生产者可能有十几个井眼在地下分支，并且仅在地面一个位置采油。他们通过从地面上的一个位置沿不同方向钻多个井来减少地面影响和成本。

据EIA称，在过去的十年中，水平井的侧向长度增加了，这使得单口井可以更多地接触产石油和天然气的岩石。

在过去的十年中，水力压裂与水平钻井相结合，极大地提高了美国的原油和天然气产量，但也引起了环境和土著团体对这种类型的钻井对环境影响的担忧，引起了很多反对意见。 。

纽约，佛蒙特州，马里兰州和华盛顿州等美国一些州已禁止水力压裂，但在颁布禁令之前，这些州都没有成为活跃的压裂钻井场。法国在2010年代初禁止水力压裂，而英国（在水力压裂已七年来首次恢复后的一年）于2019年11月通过了立即暂停水力压裂的措施，此前石油和天然气管理局的一份报告称，与压裂有关的地震活动很难预测。

水力压裂的利弊

支持美国水力压裂的人士说，压裂使美国成为世界上最大的石油和天然气生产国，在过去两年中超过了俄罗斯和沙特阿拉伯。

同样，根据美国石油学会（API）的研究，水力压裂和水平钻井也帮助美国释放了数亿桶石油和数十亿立方英尺的天然气。美国的石油和天然气行业提供了超过1000万个工作岗位。

据APIs估计，2015年，石油和天然气行业提供了1030万个工作岗位，为美国经济贡献了超过1.3万亿美元，占美国GDP的7.6％。这些工作占美国总就业的5.6％。

API评论了2019年民主党总统候选人提出的禁止压裂的想法，API说：

“禁止水力压裂可能会大大增加美国家庭和制造商的成本，严重损害美国经济，削弱我们的地缘政治影响力，并严重削弱我们的能源安全。”

水力压裂的反对者对该技术可能对水，空气，土壤和人类健康造成的损害表示了很多担忧。

对环境的三个主要风险包括：

压裂和石油或天然气开采过程中甲烷排放产生的空气污染采出水中有毒化学物质对地下水或地表水的潜在污染诱发地震活动的潜在风险

在美国产油量最高的页岩地带，天然气燃烧成为一个日益严重的问题，因为大量伴生气体与油一起从井中流出。燃烧会加剧石油和天然气开采区域的空气质量。

如果人们摄入或吸入压裂液中使用的有毒化学物质，并最终在回流中使用，将对人体健康有害。如果人们与这些化学物质接触，这些化学物质会引起呼吸道疾病，刺激皮肤，破坏腺体功能或影响神经系统。该行业通常会采取预防措施，以防止人们接触有害化学物质。

2016年，约翰·霍普金斯大学彭博公共卫生学院的一项研究表明，患有哮喘的人居住在宾夕法尼亚州的水力压裂行业经营的非常规天然气井数量越来越多的情况下，哮喘发作的可能性是那些哮喘病人的1.5至4倍住得更远。该研究的结果发表在美国医学协会出版的同行评审医学杂志《 JAMA Internal Medicine》上。

彭博学校环境系博士生MHS的研究负责人萨拉·G·拉斯穆森说：“我们是第一个研究哮喘的人，但是我们现在有数项研究表明与非常规天然气井的钻井有关的不良健康后果”。卫生科学。

这项研究无法确切解释为什么哮喘发作更可能靠近水力压裂的井，但研究人员认为，空气污染和噪声，交通以及与该行业相关的其他社区影响所造成的压力增加可能会起到一定作用。约翰·霍普金斯大学的研究人员说，在先前的研究中发现压力会显着增加哮喘发作的风险。

结论

水力压裂的反对者和支持者将分别针对压裂对健康的影响或经济利益进行各种研究。在日益增长的气候和环境问题中，石油和天然气行业将面临越来越大的压力来解决这些问题。同时，正是水力压裂加上水平钻井使美国成为世界上最大的石油和天然气生产国。

由编辑部