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亞音速引爆推進劑:無水壓裂的這個操作帥炸了

亞音速引爆推進劑:無水壓裂的這個操作帥炸了

為了解決水力壓裂的頭號難題,眼前的水處理和再利用技術目錄越來越長,跳出思維定式的人們不禁自問:我們一定要用水嗎?

來自 | World oil
編譯 | 張良爽

壓裂作業一定要用水嗎?

不一定。一條歷史紀錄寫道:早期油井壓裂采用引爆硝酸甘油“魚雷”的做法,顯然是缺乏遠見的?!棒~雷人”的故事實際聽起來更像是電視劇而非先進的科技。

但它確實是科技的進步,并且現在還有了一位繼承者:高能氣體壓裂技術,這是一種利用推進劑產生大量氣體進行壓裂,從而達到增產目的的技術通稱。此外,它也被稱為特定氣體脈沖負載、特定氣體脈沖壓裂或受控脈沖壓裂。

推進劑壓裂增產設備已經在油氣行業的外圍領域使用多年。一些支持者認為,當諸如硝化甘油的高爆物引爆時,會產生持續幾微秒的高壓沖擊波。延遲炸藥反應時間對壓裂成功至關重要,一些研究表明,由于高爆物炸碎或壓緊巖石,會使井筒擴大,形成一個殘余壓應力區域。一些專家認為這個區域,或叫“壓力籠”,會降低近井眼區域的滲透性。

亞音速爆燃

此項技術中的推進劑不會發生超音速引爆,而是以亞音速爆燃。爆燃,是一種無需外部氧氣的快速燃燒過程。由于推進劑的能量密度接近高爆物,除了核能,它比其他的任何主要能源密度都要大。高爆物爆炸只能持續幾微秒,而推進劑壓裂設備通常能維持幾百毫秒的高壓。一些支持者稱,這些延長的時間,就是產生多個裂縫并且避免“壓力籠”損害的秘訣。

很多企業都在研究這項技術,讓我們聚焦其中一家,看他們是如何推動此項技術發展的。

這家來自加拿大的公司聲稱,他們的技術使油氣采收經濟高效和環保,無需使用水或支撐劑。

該技術采用最先進的推進劑壓裂方式,利用專有的固體火箭燃料生成高壓氣體以壓裂巖層。該工具使用定制的推進劑配方來實現符合每個地層和油氣井的最佳壓力時間。這些推進劑配方是與另一家公司合作研發的,合作的公司在生產太空飛行和彈藥所用的固體火箭有豐富經驗。

水力壓裂與推進劑壓裂的力學原理

雖然水力壓裂和推進劑壓裂都是對地層施加高壓,但如上所述,反應的時間不同產生了裂縫擴展的力學差異。以下是該公司對兩種方法的對比:

推進劑壓裂

1.點燃固體推進劑以產生特定體積的氣體,這種受控的迅速燃燒提供了在巖石中產生新裂縫所需的高壓;
2.裂縫通過應力波擴展,應力波從巖石邊界反彈并將裂縫與目的層隔離;
3.壓力迅速升高形成含4~8個徑向裂縫的橢圓壓裂帶;
4.巖石崩解無需支撐劑;
5.推進劑壓裂能在10~1,000毫秒內產生140,000 kPa(20,000 psi)的高壓。

水力壓裂

1.水力壓裂將水加壓泵注至井筒中,在巖層的薄弱區域形成裂縫;
2.現有的裂縫被水壓“撐開“,因為水會沿著最小阻力通路流動,可滲透的裂縫孤立,難以導流,裂縫通路通常是線性的,并且在兩個徑向相反的方向上擴張;
3.需要支撐劑支撐固定裂縫;
4.水力壓裂在1~10小時內產生35,000 kPa(5,000 psi)的壓力。

該公司認為,固體推進劑是很直觀的,可以按需定制無限種配方,并且不像水力壓裂那樣受到泵注水量的物理限制。推進劑壓裂也被認為是唯一可經過設計、適用于現有應力場的壓裂技術。對推進劑進行改造也很容易,這樣就能適用于不同的巖性或壓力范圍;除此之外還可以改變燃燒速率,以產生多個應力波,使壓裂更加高效。

但是這種技術仍然存在缺陷。

另外該公司也指出,目前推進劑壓裂方法只利用了高壓極速上升的特點,無法延長將壓力控制在目的層的時間,還無法發揮固體推進劑的其他性能。

但毫無疑問,這些限制終將被克服。讓小編略感遺憾的是,這些狂拽炫酷的操作都在井下進行。如果這些工具能像土星5號運載火箭一樣安置在井口,旁邊再加上倒計時鐘,那對于營銷部門來說,這個畫面就太美了。

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