کاهش میادین گازی، مشکلات ژئوپلیتیکی و جغرافیایی در حمل‌ونقل و قیمت بالای آنها، تمرکز را به سمت گاز شیل سوق داده است. در واقع این نوع گاز در بین سنگ‌های سخت محصور شده است که استخراج و استفاده از آن بسیار دشوار است. از دهه اول قرن بیست و یکم، کشورهایی مانند کانادا و ایالات‌متحده، منابع این نوع هیدروکربن‌ها را در خاک خودشان شناسایی کردند و تکنیک شکستگی هیدرولیکی (Hydraulic fracturing) را به‌عنوان راه‌حلی برای استخراج و استفاده تجاری از گاز شیل گسترش دادند. در حال حاضر این روش یکی از فرآیندهای مهم در صنعت نفت‌وگاز به حساب می‌آید.
در این مقاله قصد داریم با فرآیند شکست هیدرولیکی یا فرکینگ هیدرولیک بیشتر آشنا شویم. در ادامه ضمن آشنایی کامل با این روش با مزایا و معایب، کاربردهای آن، ابزارهای مورد استفاده و بسیاری نکات دیگر آشنا خواهیم؛ پس تا آخر مقاله همراه ما باشید.
شکست هیدرولیکی چیست؟
در پاسخ به این سوال که شکست هیدرولیکی چیست؟ باید بگوییم تکنیکی است که استخراج گاز یا نفت از زیر خاک را با استفاده از فشار هیدرولیک امکان‌پذیر می‌کند. این تکنیک، شامل حفاری در زیر خاک برای ایجاد چاهی با عمق بین ۱۶۰۰ تا ۲۰۰۰ متر است که برای غلبه بر مقاومت سنگ و ایجاد کانال‌های نفوذپذیر، آب با فشار بالا تزریق می‌شود. این کار باعث ایجاد شکستگی کنترل شده حفره می‌شود که در نتیجه در آن نفت خام یا گاز، ذخیره و سپس به سطح می‌رسد.
حدود ۹۸.۵ درصد از سیال این فرآیند را آب و ماسه تشکیل می‌دهد. البته افزودنی‌هایی که خواص ویژه‌ای را برای سیال شکستگی ایجاد می‌کنند، ۱.۵درصد دیگر را تشکیل می‌دهند. در واقع از افزودنی‌ها برای محدودکردن رشد باکتری‌ها و جلوگیری از خوردگی، استفاده می‌شود. ساختار سیال شکستگی از یک سنگ به سنگی دیگر، متفاوت است.
فرآیند فرکنیگ هیدرولیکی برای استخراج گاز شیل مناسب است. این یک هیدروکربن در حالت گازی است که در سنگ‌های رسوبی متشکل از دانه‌های بسیار ریز در عمق زیاد، قرار دارد. سنگ‌ها دارای نفوذپذیری کم هستند که از بالا آمدن گاز به سطح، جلوگیری می‌کند. پس می‌توان گفت که این تکنیک، روشی برای استخراج این نوع گازهاست که شکستن سنگ را امکان‌پذیر می‌کند.
مطالعه بیشتر: لاینینگ چیست؟ مزایا و کاربرد های آن کدامند؟
مزایا و معایب شکست هیدرولیکی کدامند؟
مزیت اصلی این تکنیک این است که امکان دسترسی به ذخایر هیدروکربنی ته‌نشین که تا چند سال پیش امکان استخراج آنها وجود نداشت را فراهم می‌کند. این موضوع امکان دسترسی به گاز و نفت را در کشورها و مکان‌هایی که تاکنون برای تولید هیدروکربن به کشورهای دیگر وابسته بودند، ممکن می‌سازد.
پیشرفت‌های فنی به این معنی است که اکنون می‌توان این هیدروکربن‌های ته‌نشین را شناسایی کرد و استخراج آنها را به سرعت و به آسانی بهینه کرد؛ در نتیجه این کار منجر به کاهش قیمت‌ها خواهد شد. همچنین این صنعت جدید، مشاغل جدیدی ایجاد می‌کند و از نظر اقتصادی مناطقی را که گاز یا نفت استخراج می‌شود، دوباره فعال می‌کند.
فرکنیگ هیدرولیک حدود ۶۰ سال است که در بیش از یک میلیون حلقه چاه استفاده می‌شود. اما اخیرا نگرانی عمومی در مورد اثرات بالقوه این تکنیک بر آب آشامیدنی و سایر آسیب‌های زیست محیطی به‌طور قابل‌توجهی افزایش یافته است. این نگرانی‌ها را باید جدی گرفت؛ چراکه این فرآیند دارای معایبی است که باید در نظر گرفته شود:
- آلودگی: استفاده از آب همراه با مواد شیمیایی و مواد نگهدارنده، می‌تواند باعث آلودگی سفره‌های زیرزمینی شود و در نتیجه اکوسیستم‌ها و سلامت مردم را به خطر بیاندازد. همچنین شکستگی سنگ می‌تواند باعث آزاد شدن کنترل‌نشده گازهایی شود که باعث تولید گازهای گلخانه‌ای مانند گاز متان و CO2 می‌شود.
- استفاده از آب: بهره‌برداری تجاری نفت‌وگاز با این تکنیک، مستلزم مصرف زیاد آب است. بر اساس آمارها تخمین زده می‌شود که این فرآیند در ایالات متحده میزان آبی معادل مصرف سالانه شهر مادرید، پایتخت کشور اسپانیا، مصرف می‌کند.
- خطر زلزله: بسیاری از زمین‌شناسان اشاره کرده‌اند که بین این فرآیند و زلزله، ارتباط وجود دارد.
- خطر نشت یا انفجار: همان‌طور که گفته شد، شکستگی سنگ می‌تواند باعث نشت گاز شود که احتمالا سمی باشد. در این شرایط خطر انفجار هم وجود دارد. البته خطر دیگری که باید از آن آگاه بود، انتشار مواد رادیواکتیو است.
- تولید ضایعات: این فرآیند، مقدار زیادی لجن آلوده تولید می‌کند که نیاز به تصفیه دارد. یک چاه می‌تواند سالانه حدود ۲۰ تن لجن تولید کند.
- تأثیر بر طبیعت: پدیده شکست هیدرولیکی طبیعت را تغییر می‌دهد و در نتیجه به محیط‌های طبیعی و ارزشمند آسیب می‌رساند.
مطالعه بیشتر: کاربرد ژئوسنتتیک در ساخت خاکریز
کاربرد های شکست هیدرولیکی کدامند؟
همان‌طور که گفته شد، احتمالا نفت‌وگاز در سنگ‌های نفوذناپذیر و در عمق‌های بسیار پایین وجود داشته باشند. به کمک شکست هیدرولیکی می‌توان به عمق‌های مختلف دست یافت و نفت‌وگاز مورد نظر را استخارج کرد. این روش کاربردهای بسیار زیادی دارد که از جمله می‌توان را نام برد:
- برخی از مخازن در عمق زمین، نفوذپذیری کمی دارند و در آنها نرخ جریان سیال، بسیار مشکل و محدود است؛ در این شرایط این تکنیک کارساز خواهد بود و نفت‌وگاز را در این مکان‌ها به جریان می‌اندازد.
- احتمالا در زمان حفاری چاه‌ها، منافذ مخازن آسیب ببینند و حتی نفوذپذیری آنها کم شود. در نتیجه نرخ جریان سیال هم کاهش پیدا می‌کند. پس یکی دیگر از کاربردهای این روش، به جریان انداختن نفت‌وگاز در چاه‌های آسیب‌دیده است.
- شکاف‌های طبیعی را با شکاف‌های موجود در چاه وصل می‌کند.
- فضا برای تخلیه یا دسترسی به بستر چاه، افزایش پیدا می‌کند.
- برای به حداقل رساندن رسوبات و تولید شن، افت فشار در چاه، کاهش پیدا می‌کند.
- می‌توان مخازن عمودی را به چاه‌های افقی و شیب‌دار وصل کرد.
ابزار های مورد استفاده در فرآیند شکست هیدرولیکی
ابزارهای مورد استفاده در این فرایند در طیف وسیعی از فشارها و نرخ‌های تزریق مختلف که مخصوص چاه است، کار می‌کنند. فشار مورد استفاده برای فرکینگ هیدرولیک ممکن است تا ۱۵۰۰۰ psi و سرعت تزریق تا ۱۰۰ بشکه در دقیقه باشد. تجهیزات رایج مورد استفاده برای این فرآیند شامل موارد زیر است:
- میسکر برای مخلوط کردن مایعات
- پمپ‌های پرفشار و با حجم بالا مانند پمپ‌های تریپلکس یا پنج پلکس
- تجهیزات مانیتورینگ
- مخازن مایع شکسته
- مخازن ذخیره‌سازی پروپانات
- واحد افزودنی شیمیایی
- آهن درمان‌کننده فشار بالا
- شیلنگ‌های انعطاف‌پذیر کم‌فشار
- انواع متر و گیج
مطالعه بیشتر: لاگون چیست؟ ژئوممبران ها چه نقشی در ساخت آن دارند؟
پارامتر های قابل کنترل در شکست هیدرولیکی
در هنگام فرآیند فرکنیگ هیدرولیکی باید روی اطلاعات خاصی نظارت داشت. یکی از این اطلاعات، پارامترهای قابل کنترل هستند که باید توسط مهندسین کنترل شوند. از جمله این پارامترها می‌توان به گزینه‌های زیر اشاره کرد:
- چگالی سیال شکننده
- جزییات چاه
- دبی تزریق سیال
- ویسکوزیته سیال شکننده
- افزودنی‌های هد رفت سیال
- نوع پروپانت
- حجم پروپانت
پارامتر های قابل اندازه گیری در شکست هیدرولیکی
در کنار پارامترهای قابل کنترل، پارامترهای قابل اندازه‌گیری هم وجود دارند که باید نسبت به آنها آگاه بود. در واقع این دسته، قابل کنترل نیستند و باید آنها را اندازه‌گیری کرد. تعدادی از آنها شامل موارد زیر هستند:
- عمق کار
- نفوذپذیری کار
- فشار مخازن زیرزمینی
- تنش‌های محل مورد نظر
- تنش لایه‌های اطراف
- مدول سنگ‌ها
مطالعه بیشتر: تثبیت شیب با ژئوسل ها
نقش ژئوممبران ها در فرآیند شکست هیدرولیکی
تولید نفت‌وگاز طبیعی یک بخش سریع در حال رشد از بازار مواد ژئوسنتتیک است. توسعه شکست هیدرولیکی برای دستیابی به ذخایر دشوار استخراج نفت‌وگاز، منجر به رونق این حوزه شده است. مشخصات این مواد برای سایت‌های فرکنیگ هیدرولیکی با توجه به منطقه، آب‌وهوا، شرایط سایت، مقررات زیست محیطی و ایمنی متفاوت خواهد بود. چهار کاربرد اصلی برای آسترهای ورق ژئوممبران در مکان‌های شکستگی وجود دارد:
- آسترهای ضربه‌گیر
- مهارکننده ثانویه
- آبگیری‌ها
- پوشش‌های شناور
معمولا آسترهای ضربه‌گیر از ژئوممبران‌های ۲۴ تا ۴۰ میلیمتری تشکیل شده‌اند. مهارکننده ثانویه شامل یک ژئوممبران ۲۴ تا ۳۰ میلیمتری و ژئوتکستایل نبافته است. موادی که در آبگیرها استفاده می‌شوند، از ژئوممبران‌های تقویت‌شده تا لایه‌های سیاه ۶ میلی‌متر متغیر هستند. اما فناوری‌ها و تکنیک‌های جدید برای آسترها در تمام این زمینه‌ها نیز با سرعت قابل توجهی معرفی می‌شوند.
روکش‌های شناور با قراردادن یک ورق فوم بین دو ورق LLDPE 24-40 میلیمتری یا یک ژئوممبران پلی اتیلن با روکش بافته شده، ساخته می‌شوند. اخیرا پلی‌اتیلن کم چگالی خطی (LLDPE) در شکست هیدرولیکی کاربرد زیادی داشته‌اند. این نوع آسترها چکش‌خوار و سخت هستند و به دمای سرد که در مناطقی که شکستگی در آن رخ می‌دهد، به خوبی پاسخ می‌دهند.
کلام آخر
در این مقاله توضیح دادیم که شکست هیدرولیکی چیست در واقع شکستگی هیدرولیکی معروف به فرکینگ، یک فناوری و فرآیند است که برای بازیابی نفت‌وگاز طبیعی به دام افتاده در سنگ‌ها غیر متخلخل مانند گاز شیل استفاده می‌شود. این روش تکنیکی است که در آن حجم زیادی از آب و شن و حجم کمی از افزودنی‌های شیمیایی به سنگ‌های زیرسطحی با نفوذپذیری کم تزریق می‌شود تا جریان نفت یا گاز طبیعی را افزایش دهد.
فشار تزریق سیال پمپ شده، شکستگی‌هایی ایجاد می‌کند که جریان گاز و سیال را افزایش می‌دهد و ماسه یا مواد درشت دیگر شکستگی‌ها را باز نگه می‌دارد. با این کار تولید نفت‌وگاز در مکان‌هایی که قبلا امکان استخراج آنها نبود، ایجاد شده است. امیدواریم که این مطلب مورد توجه شما قرار گرفته باشد. از اینکه تا انتها همراه ما بودید، سپاسگزاریم.
