Contente
- O que é fraturamento hidráulico?
- Há quanto tempo a fraturação hidráulica é usada?
- Uso bem sucedido de fraturamento hidráulico em folhelhos
- Fraturamento hidráulico em outras peças de xisto
- Fluidos de fraturamento
- Proppants
- Preocupações ambientais
- Benefícios de produção
Bombas e motores a diesel prontos para o frac: Foto de uma operação de fraturamento hidráulico sendo conduzida em uma plataforma de perfuração no jogo de gás Marcellus Shale, no sudoeste da Pensilvânia. Um enorme conjunto de bombas, motores a diesel, caminhões-pipa, misturadores de areia e acessórios de encanamento está em vigor para o fracote. Imagem de Doug Duncan, USGS.
O que é fraturamento hidráulico?
A fraturamento hidráulico é um procedimento que pode aumentar o fluxo de óleo ou gás de um poço. Isso é feito bombeando líquidos para baixo de um poço em unidades de rocha subterrânea sob pressões altas o suficiente para fraturar a rocha. O objetivo é criar uma rede de fraturas interconectadas que sirvam como espaços porosos para o movimento de petróleo e gás natural para o poço.
O fraturamento hidráulico combinado à perfuração horizontal transformou os folhelhos ricos em orgânicos anteriormente improdutivos nos maiores campos de gás natural do mundo. O Marcellus Shale, o Utica Shale, o Barnett Shale, o Eagle Ford Shale e a Bakken Formation são exemplos de unidades de rochas anteriormente improdutivas que foram convertidas em fantásticos campos de gás ou petróleo por fraturamento hidráulico.
Há quanto tempo a fraturação hidráulica é usada?
O primeiro uso de fraturamento hidráulico para estimular poços de petróleo e gás natural nos Estados Unidos foi realizado há mais de 60 anos. A Haliburton Oil Well Cementing Company recebeu uma patente para o procedimento em 1949. O método aumentou com sucesso as taxas de produção de poços e a prática se espalhou rapidamente. Agora é usado em todo o mundo em milhares de poços todos os anos. Nossa gasolina, combustível para aquecimento, gás natural e outros produtos feitos com derivados de petróleo custariam muito mais se o fraturamento hidráulico não tivesse sido inventado.
Perfuração horizontal e fraturamento hidráulico: Diagrama simplificado de um poço de gás natural que foi construído com perfuração horizontal através do xisto Marcellus e fraturamento hidráulico na parte horizontal do poço.
Base de perfuração pronta para fraturamento hidráulico: Outra foto de uma plataforma de perfuração em um dia de fracassos no jogo de gás Marcellus Shale, no sudoeste da Pensilvânia. Foto de Doug Duncan, USGS.
Uso bem sucedido de fraturamento hidráulico em folhelhos
No início dos anos 90, a Mitchell Energy começou a usar o fraturamento hidráulico para estimular a produção de gás natural a partir de poços perfurados no Barnett Shale, no Texas. O Barnett Shale continha enormes quantidades de gás natural; no entanto, o Barnett raramente produzia gás natural em quantidades comerciais.
Mitchell Energy percebeu que o gás no Barnett Shale estava preso em pequenos espaços porosos que não estavam interconectados. A rocha tinha espaço de poros, mas faltava permeabilidade. Os poços perfurados no Barnett Shale normalmente exibiam gás, mas não o suficiente para a produção comercial. A Mitchell Energy resolveu esse problema fraturando hidráulicamente o xisto de Barnett para criar uma rede de espaços de poros interconectados que permitiam um fluxo de gás natural para o poço.
Infelizmente, muitas das fraturas produzidas pelo processo de fraturamento hidráulico se fecharam quando as bombas foram desligadas. O Barnett Shale estava tão profundamente enterrado que a pressão restritiva fechou as novas fraturas. Este problema foi resolvido adicionando areia ao fluido de fraturamento. Quando a rocha fraturava, a corrida de água para o espaço poroso recém-aberto levava grãos de areia para dentro da unidade de rocha. Quando a pressão da água foi reduzida, os grãos de areia "sustentaram" a fratura e permitiram um fluxo de gás natural através das fraturas e no furo do poço. Hoje, há uma variedade de produtos naturais e sintéticos que são vendidos sob o nome de "areia frac".
A Mitchell Energy melhorou ainda mais o rendimento de seus poços, perfurando-os horizontalmente através do Barnett Shale. Os poços verticais foram iniciados na superfície, direcionados para uma orientação horizontal e conduzidos através do Barnett Shale por milhares de pés. Isso multiplicou o comprimento da zona de pagamento no poço. Se uma unidade de rocha tivesse 100 pés de espessura, haveria uma zona de pagamento de 100 pés em um poço vertical. No entanto, se o poço foi direcionado para a horizontal e permaneceu na horizontal por 5.000 pés através da formação do alvo, o comprimento da zona de pagamento era cinquenta vezes maior que a zona de pagamento de um poço vertical.
A Mitchell Energy usou fraturamento hidráulico e perfuração horizontal para multiplicar a produtividade dos poços Barnett Shale. De fato, muitos de seus poços de grande sucesso teriam sido falhas se fossem poços verticais sem fraturamento hidráulico.
Pistola de perfuração: Pistola de perfuração não utilizada e gasta usada na perfuração de petróleo e gás e fraturamento hidráulico. O tubo na parte inferior mostra orifícios criados pelas cargas explosivas montadas dentro do tubo. Foto de Bill Cunningham, USGS.
Fraturamento hidráulico em outras peças de xisto
Como outros descobriram o sucesso da Mitchell Energys no Barnett Shale do Texas, os métodos de perfuração horizontal e fraturamento hidráulico foram testados em outros folhelhos ricos em orgânicos. Esses métodos foram bem-sucedidos rapidamente no Haynesville Shale e Fayetteville Shale da Louisiana, Texas e Arkansas - depois no Marcellus Shale na Bacia dos Apalaches. Os métodos funcionaram em muitos outros folhelhos e agora estão sendo usados para desenvolver folhelhos ricos em orgânicos em muitas partes do mundo.
O fraturamento hidráulico também permitiu a produção de líquidos de gás natural e óleo de muitos poços. Unidades de rochas como o xisto Bakken de Dakota do Norte e o xisto Niobrara do Colorado, Kansas, Nebraska e Wyoming agora estão produzindo quantidades significativas de óleo por fraturamento hidráulico.
Frac lagoa de contenção de água: Um represamento de água em uma plataforma de perfuração no jogo de gás de Fayetteville Shale do Arkansas. Lagoas forradas como essa são usadas para armazenamento de água fraturada em locais de perfuração em todas as peças de gás natural. Foto de Bill Cunningham, USGS.
Fluidos de fraturamento
A água é o fluido de acionamento usado no processo de fraturamento hidráulico. Dependendo das características do poço e da rocha sendo fraturada, alguns milhões de galões de água podem ser necessários para concluir um trabalho de fraturamento hidráulico.
Quando a água é bombeada para dentro do poço, todo o seu comprimento não é pressurizado. Em vez disso, são inseridos plugues para isolar a parte do poço onde as fraturas são desejadas. Somente esta seção do poço recebe toda a força do bombeamento. À medida que a pressão se acumula nessa parte do poço, a água abre fraturas e a pressão motriz estende as fraturas profundamente na unidade de rocha. Quando o bombeamento para, essas fraturas se fecham rapidamente e a água usada para abri-las é empurrada de volta para o poço, faz o backup do poço e é coletada na superfície. A água retornada à superfície é uma mistura da água injetada e da água dos poros que fica retida na unidade de rocha há milhões de anos. A água dos poros é geralmente uma salmoura com quantidades significativas de sólidos dissolvidos.
Os produtos químicos são frequentemente adicionados à água usada no fraturamento hidráulico. Esses aditivos servem a vários propósitos. Alguns engrossam a água em um gel que é mais eficaz na abertura de fraturas e no transporte de propantes profundamente na unidade de rocha. Outros produtos químicos são adicionados a: reduzir o atrito, manter detritos rochosos suspensos no líquido, impedir a corrosão do equipamento, matar bactérias, controlar o pH e outras funções.
A maioria das empresas tem resistido a revelar a composição de seus fluidos de fraturamento hidráulico. Eles acreditam que essas informações devem ser mantidas em sigilo para proteger suas pesquisas competitivas. No entanto, os reguladores estão começando a exigir as informações e algumas empresas estão começando a compartilhar as informações voluntariamente.
Areia Frac: A areia de sílica de grão fino é misturada com produtos químicos e água antes de ser bombeada para formações rochosas para impedir que as fraturas artificiais recém-criadas se fechem após a conclusão da fraturamento hidráulico. Foto de Bill Cunningham, USGS.
Proppants
Uma variedade de propantes é usada no fraturamento hidráulico. São pequenas partículas resistentes a esmagamento que são transportadas para as fraturas pelo fluido de fraturamento hidráulico. Quando as bombas são desligadas e as fraturas colapsam, essas partículas resistentes a esmagamento mantêm a fratura aberta, criando um espaço de poros através do qual o gás natural pode viajar para o poço.
A areia frac é o propante mais utilizado atualmente, mas também foram usadas contas de alumínio, contas de cerâmica, bauxita sinterizada e outros materiais. Mais de um milhão de libras de propantes podem ser usados ao fraturar um único poço.
Visualização de imagem de satélite de poços horizontais: Vista de satélite de um local de perfuração do Utica Shale, onde nove poços horizontais foram construídos e estimulados com fraturamento hidráulico.
Preocupações ambientais
Existem várias preocupações ambientais relacionadas ao fraturamento hidráulico. Esses incluem:
1) As fraturas produzidas no poço podem se estender diretamente para unidades de rochas rasas usadas para o abastecimento de água potável. Ou, as fraturas produzidas no poço podem se comunicar com fraturas naturais que se estendem a unidades de rochas rasas usadas para o abastecimento de água potável.
2) O revestimento de um poço pode falhar e permitir que os líquidos escapem para unidades de rochas rasas usadas para o abastecimento de água potável.
3) Derramamentos acidentais de fluidos de fraturamento hidráulico ou fluidos expelidos durante um trabalho de fraturamento podem penetrar no solo ou contaminar a água da superfície.
Benefícios de produção
O fraturamento hidráulico pode aumentar significativamente o rendimento de um poço. Quando combinada com a perfuração horizontal, formações rochosas não rentáveis são frequentemente convertidas em campos produtivos de gás natural. A técnica é amplamente responsável pelo desenvolvimento dos campos de gás Barnett Shale, Haynesville Shale, Fayetteville Shale e Marcellus Shale. Ele também pode liberar petróleo de unidades de rochas compactas, como foi feito com o xisto Bakken e o xisto Niobrara.
O processo de fraturamento hidráulico e os produtos químicos usados causam a maior preocupação aos defensores do meio ambiente que acompanham o setor de gás natural. É necessário um ambiente regulatório que permita que essas técnicas sejam empregadas e forneça salvaguardas ambientais para proteger o suprimento de água e as pessoas que vivem nas áreas onde a perfuração ocorre.