Fremskridt inden for fracking – Low-Tech, High-Tech og Climate-Tech.

Hydraulic Fracturing Technology Conference (HFTC) blev afholdt i The Woodlands, Texas, den 1.-3. februar 2022. Den pandemiske pause ser ud til endelig at være forbi, så længe der ikke dukker radikale nye varianter op.

Pausen har ikke stoppet innovation, som altid har været en nøgleingrediens i olie- og gasindustrien. Her er et par seneste højdepunkter, hvoraf nogle kom ud af HFTC.

Lavteknologiske fremskridt.

En stigning i antallet af brønde, der skal færdiggøres i 2022 plus længere vandrette brøndsektioner, varsler et spring i frac sand. Men de nuværende sandminer, oftere i bassinet i disse dage, har lidt under reducerede priser og vedligeholdelse i de sidste par år, og de kan muligvis ikke opfylde behovet.

Der er mangel på pumper. Operatører hænger på pumper, der skal repareres eller opgraderes, fordi udlejningspladser er begrænsede i deres udbud.

Nogle operatører i Perm borer længere horisontale brønde. Data viser en omkostningsreduktion på 15-20 % for boringer og brøndafslutninger i forhold til de seneste år, blandt andet fordi brønde kan bores hurtigere. Et firma borede en 2-mile vandret på kun 10 dage.

Hurtigere boring er vist ved denne sammenligning: På højden af ​​Permian-boring i 2014 blev 300 rigge boret mindre end 20 millioner laterale fod på et år. Sidste år, 2021, borede mindre end 300 rigge 46 millioner fod – et bemærkelsesværdigt resultat.

En del af årsagen er en stigende brug af simul-frac-designet, hvor to tilstødende brønde er perforeret og fraktet sammen – 70 % hurtigere færdiggørelse end det traditionelle lynlås-frac-design.

Olieproduktionen pr. fod stiger med vandret længde fra 1-mile til 2-mile. Mens de fleste brønde i Perm nu er mindst 2 miles lange, skubber nogle operatører grænserne. For én operatør er næsten 20 % af brøndene 3 km lange, og de er tilfredse med resultaterne.

Men nogle rapporterer blandede resultater for produktivitet pr. fod. Mens nogle længere brønde forblev de samme, faldt nogle brønde med 10-20% mellem længder på 2-mile og 3-mile. Et endeligt resultat foreligger endnu ikke.

En sidebar til dette er den enorme mængde vand og sand, der bruges til at opdele en 3-mile vandret brønd. Hvis tal opnået fra en typisk 2-mile-brønd i 2018 ekstrapoleres til en 3-mile-brønd, finder vi, at de samlede vandmængder stiger fra 40 fod til 60 fod over græsarealet på et fodboldstadion - og dette rejser spørgsmål om kilden til det frac vand. En lignende afsløring viser sig for de samlede sandvolumener, som stiger fra 92 vogncontainere til 138 containere. Og dette er kun for én brønd

Højteknologiske fremskridt.  

Ved brøndhovedet er der et stærkere fokus på at indsamle flere data og diagnosticere dataene for at forbedre fracking af horisontale brønde. 

Nærfeltsforbindelse.

Seismos har udviklet en innovativ diagnostik, der kan karakterisere, hvor god forbindelsen er mellem brøndboring og reservoir, hvilket er nøglen til flow af olie ind i en vandret brønd.

En akustisk impuls bruges til at måle strømningsmodstand i området nær brøndboringen af ​​en brønd, der er blevet fraktet. Metrikken kaldes NFCI, for nærfeltsforbindelsesindeks, og den kan måles langs en vandret brønd. Det har vist sig, at NFCI korrelerer med olieproduktionen i hvert frac-stadie.

Undersøgelser har vist, at NFCI afhænger af:

· Reservoirets geologi - sprøde bjergarter giver større NFCI-tal end duktile bjergarter.

· Nærhed af andre brønde, der kan inducere spændinger, der får NFCI-tal til at variere langs en vandret brønd.

· Tilføjelse af en omleder eller brug af et begrænset indgangsfrac-design, som kan øge NFCI-værdier med 30 %.

Overvågning af forseglet borehulstryk.  

Et andet højteknologisk eksempel er SWPM, der står for Sealed Wellbore Pressure Monitoring. En vandret overvågningsbrønd, fyldt med væske under tryk, står væk fra en anden vandret brønd, der skal frackes i hele sin længde. Trykmålere i monitorbrønden registrerer små trykændringer under frac-operationer.

Processen er udviklet af Devon Energy og Well Data Labs. Siden 2020 er over 10,000 fracking-stadier - typisk 40 langs en 2-mile lateral - blevet analyseret.

Når brud spredes ud fra et givet fraktur-stadium og når monitorbrønden, registreres et trykblip. Det første blip kontrolleres mod mængden af ​​pumpet frac-væske, kaldet VFR. VFR kan bruges som en proxy for klyngefrac-effektivitet og endda bruges til at finde ud af brudgeometri. 

Et andet mål kan være at forstå, om reservoirudtømning, på grund af en allerede eksisterende moderbrønd, kan påvirke væksten af ​​brud. En ny fraktur har en tendens til at lede mod en udtømt del af et reservoir.

Næsten-brønd belastning fra fiberoptisk kabel.   

Et fiberoptisk kabel kan spændes ud langs en vandret brønd og fastgøres til ydersiden af ​​brøndhuset. Det optiske kabel er beskyttet af en metalkappe. En laserstråle sendes ned i kablet og opfanger refleksioner forårsaget af minimal krympning eller udvidelse (dvs. spænding) af kablet, når et brud ved brønden får sin geometri ændret af en ændring i brøndtrykket under olieproduktion.

Præcise tider registreres, når der opstår en laserreflektion, og dette kan bruges til at beregne, hvilken placering langs kablet der blev krympet - brøndsegmenter så små som 8 tommer kan identificeres.

Lasersignalerne er relateret til geometrien og produktiviteten af ​​bruddet ved en bestemt perforeringsklynge. En stor belastningsændring ville antyde en stor ændring i bredden af ​​bruddet forbundet med den perforering. Men ingen belastningsændring ville indikere ingen brud ved den perforering eller et brud med meget lav ledningsevne.

Det er tidlige dage, og den reelle værdi af denne nye teknologi er endnu ikke fastlagt.

Klimatekniske fremskridt.  

Det er innovationer relateret til klimaændringer og emissioner af drivhusgasser (GHG), som bidrager til den globale opvarmning.

E-fracking.

I oliefeltet er en måde at reducere drivhusgasemissionerne ved at olie- og gasselskaber gør deres egne aktiviteter grønnere. For eksempel ved i stedet for diesel at bruge naturgas eller vind- eller solenergi til at pumpe fracking-operationer.  

I et åbningsmøde på HFTC sagde Michael Segura, senior vicepræsident, at Halliburton var en af ​​de største aktører inden for elektrisk drevne frac-flåder eller e-frac-teknologi. Faktisk blev e-fracs initieret af Halliburton i 2016 og kommercialiseret i 2019.

Segura sagde, at fordelene ligger i brændstofbesparelser såvel som reduktioner i drivhusgasser på op til 50 %. Han hævdede, at dette var en "temmelig bemærkelsesværdig indvirkning på vores industris emissionsprofil."

Han sagde også, at virksomheden har givet "en stor forpligtelse til at udvikle udstyr og muliggøre teknologi, såsom grid-drevet frakturering." Dette refererer tilsyneladende til at bruge elektricitet fra nettet snarere end fra gasturbiner drevet af brøndhovedgas eller CNG- eller LNG-kilder.

De mest almindelige e-flåder bruger brøndhovedgas til at drive gasturbiner for at generere elektricitet, der driver flåden, sagde en observatør. Dette reducerer drivhusgasaftrykket med to tredjedele og betyder, at flere brønde kan færdiggøres under en given drivhusgasemissionslicens.

E-fracs er kun omkring 10 % af markedet nu, men verdensomspændende efterspørgsel efter at sænke drivhusgasser forventes at øge brugen af ​​e-fracs, hvor der typisk kan opnås 50 % drivhusgasreduktioner.

Geotermisk.  

Geotermisk energi er grøn sammenlignet med fossile brændstoffer, fordi den fra underjordiske formationer udvinder energi i form af varme, der kan omdannes til elektricitet.

Hot Dry Rock var navnet på metoden til at udnytte geotermisk energi ved at fracke granit i bjergene tæt på Los Alamos National Laboratory (LANL) i New Mexico. Dette var i 1970'erne.

Konceptet, der blev opfundet hos LANL, var ret simpelt: bor en skrå brønd ind i granitten og bræk brønden. Bor en anden brønd et stykke væk, som kan forbindes til bruddet/bruddene. Derefter pumpes vand ned i den første brønd, gennem bruddet/bruddene, hvor det ville optage varme, og derefter op i den anden brønd, hvor det varme vand kunne drive en dampturbine til at producere elektricitet.

Konceptet var simpelt, men brudresultaterne var alt andet end simple – et netværk af bittesmå brud, der komplicerede og reducerede vandstrømmen til den anden brønd. Effektiviteten var ikke stor, og processen var dyr.

Konceptet er blevet prøvet mange andre steder rundt om i verden, men er stadig på nippet til kommerciel overkommelighed.

John McLennon fra University of Utah talte ved HFTC's plenarmøde om en ny plan. Han er en del af et team, der ønsker at udvide konceptet ved at bore vandrette brønde i stedet for næsten lodrette, og implementere den nyeste fracking-teknologi fra oliefeltet. Projektet hedder Enhanced Geothermal Systems (EGS) og er finansieret af det amerikanske energiministerium (DOE).

Projektet borede den første af to 11,000 fods brønde i marts 2021. Fremgangsmåden er at opdele den første brønd og kortlægge sprækkerne for at designe en stimuleringsplan for den anden brønd 300 fod fra den første brønd, som vil give den nødvendige forbindelse mellem to brønde. Hvis det virker, planlægger de at tilpasse driften til to brønde, der ligger 600 fod fra hinanden.

Det er lidt ironisk, at brøndteknologi udviklet til skiferolie- og -gasrevolutionen kan blive podet ind i en ren energikilde for at hjælpe med at erstatte fossile brændstoffers energier.

En anden version af dette, med midler fra DOE til University of Oklahoma, er at producere geotermisk energi fra fire gamle oliebrønde og bruge den til at opvarme skoler i nærheden.

På trods af entusiasmen i projekter som disse, argumenterer Bill Gates for, at geotermisk energi kun vil bidrage beskedent til verdens strømforbrug:

Omkring 40 procent af alle brønde gravet til jordvarme viser sig at være duds. Og geotermisk er kun tilgængelig visse steder rundt om i verden; de bedste steder plejer at være områder med vulkansk aktivitet over gennemsnittet.