页岩气革命:障碍、可持续性和新兴机会

1、引言

结合了水平钻井、高压压裂、多段压裂及更高效的工作液的页岩气技术,已为具成本效益的页岩气生产打开了大量储层。页岩气和水力压裂技术不仅对美国的能源价格、碳强度及通过预计可持续约100年的储量实现的能源独立产生了深刻的影响,而且对全球的能源安全也具有重大影响。页岩气燃烧释放相同能量所产生的CO2约为煤的一半,其实用性的提高促进了燃煤发电向燃气发电的转化,使得美国CO2排放量降低到1990年的水平。燃气发电厂不同于燃煤发电厂和核发电厂,它能迅速响应负载及可再生能源发电的变化,因此,天然气作为可再生能源发电的桥梁燃料,扮演着十分重要的角色。另外,废弃的页岩层存在巨大可容空间,具有封存或圈闭CO2的能力,通过利用已有的基础设施,还可降低封存费用,可作为CO2埋藏的理想选择。然而,水力压裂技术(通常指破裂或压裂)的推广应用仍受到一些阻碍,如无效开采、饮用水和地下水污染等环境问题、废水处置导致的诱发性地震活动以及易散性排放。通过提高水力压裂技术,注入非常规压裂液减少水的使用,进而降低对环境影响,改善处理流程及降低基础实施影响可提高页岩气采收率。数据处理研究发现表明,许多关键建议可提高页岩气采收率,同时降低环境污染。

2、结果和讨论

详细介绍了Barnett页岩区的历史,通过水力压裂开采页岩气得益于破裂技术的创新,该技术结合了高压压裂技术、水平井钻井技术、多段压裂技术以及改进的低粘度工作液,能显著提高采收率。这项创新技术产生于Barnett地区长期的边做边学过程中,通过介绍重复压裂和高产井和低产井的生产特征。

得出以下结论:第一,模拟的生产数据指出由于裂缝及流动机制不同,高产井和低产井产量可相差10倍以上。因此,确定控制水力压裂效率的机制很可能是提高页岩气采收率的关键,重点研究验证这些机制是提高开发高产井概率的核心。第二,数据显示,典型井大部分的页岩气产于第一年之后,在整个生产周期中,高产井的产量一直优于其他井。因此,侧重于长期产量的研究能大幅度提高页岩气开采量及再次完善水力压裂技术。第三,数据表明重复压裂后的产量并不受之前产量的影响,鼓励了利用现有的及下一代技术对已钻井进行大规模的开采。在这方面,对已钻井重复压裂具有巨大的潜力,相比于钻新井,其成本效益更高,且对环境影响小。这三个观察结果强调了有必要投入大量资金来研究压裂和钻井特征与页岩气生产的关系。这类研究能显著提高盈利能力,增强国家能源安全,同时降低环境影响。

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