Гидравлический разрыв пласта начался как эксперимент в 1947 году, а первое коммерчески успешное применение последовало в 1950 году. По состоянию на 2020 год во всем мире было выполнено 2,5 миллиона «операций по ГРП» на нефтяных и газовых скважинах, из них более миллиона - в США. Увеличение добычи нефти и газа в результате гидроразрыва пласта привело к снижению цен для потребителей.
Операторы нефтегазовой отрасли уже более шестидесяти лет проводят гидроразрыв пласта, известный как «гидроразрыв», как в вертикальных, так и в наклонно-направленных скважинах. В течение последнего десятилетия комбинация горизонтального бурения и гидроразрыва пласта использовалась все чаще и чаще в каждом из межгорных состояний. Комбинация горизонтального бурения и гидроразрыва пласта увеличивает объем природного газа и нефти, которые могут быть извлечены из плотных песков, угольных пластов и сланцевых пластов, что делает процесс добычи экономически целесообразным [3, с.156].
После бурения скважины обсадная колонна перфорируется, как правило, с помощью зарядов взрывчатого вещества. Затем закачивают «подушку» из флюидов при достаточном давлении и скорости для разрыва пласта, окружающего перфорационные отверстия. Трещинные образования обычно расположены на тысячи футов ниже уровня грунтовых вод. Затем закачивается «суспензия», состоящая из жидкости для гидроразрыва и проппанта, для расширения и развития трещины. Проппанты, как правило, представляют собой песок, песок с полимерным покрытием или керамический материал. Наконец, давление сбрасывается, и жидкость возвращается из скважины. Большая часть проппанта остается захваченной в пласте, что сохраняет трещины открытыми и позволяет газу / нефти течь.
При массивном гидравлическом разрыве пласта закачиваются большие объемы воды, в которой растворены различные химические вещества (жидкость для гидроразрыва), и проппант. Это необходимо в пластах с очень низкой проницаемостью, чтобы они могли подавать нефть или газ в ствол скважины со скоростью, достаточно высокой, чтобы быть экономически выгодным. Хотя многие горизонтальные скважины подвергаются массивному гидроразрыву, многие вертикальные скважины и наклонно-направленные негоризонтальные скважины также получают массивные гидроразрывы [2, с.116].
Трещины имеют тенденцию останавливаться на границах между различными слоями горных пород. Поскольку слои в осадочных породах обычно почти горизонтальны, это приводит к тому, что трещины расширяются по горизонтали внутри слоя намного больше, чем по вертикали через разные слои. Во время гидроразрыва пласта применяется высокое давление, чтобы вытолкнуть жидкость для гидроразрыва и проппант далеко от скважины. Как только скважина начинает добычу, градиент давления меняется на противоположный, и жидкость для гидроразрыва, нефть, газ и пластовая вода возвращаются в скважину.
При гидроразрыве пласта используются самые разные проппанты. Это небольшие устойчивые к раздавливанию частицы, которые переносятся в трещины жидкостью гидроразрыва пласта. Когда насосы выключаются и трещины разрушаются, эти устойчивые к раздавливанию частицы удерживают трещину открытой, создавая поровое пространство, через которое природный газ может поступать в скважину [4, с.371].
Песок для гидроразрыва является наиболее часто используемым сегодня проппантом, но также использовались алюминиевые шарики, керамические шарики, спеченный боксит и другие материалы.
Гидравлический разрыв пласта с использованием жидкой воды большого объема вместе с растущей стоимостью энергии позволяет экономично извлекать природный газ из нетрадиционных ресурсов, которые имеют гораздо более низкую проницаемость и пропускную способность, чем традиционные ресурсы.
Гидравлический разрыв пласта позволяет значительно увеличить дебит скважины. В сочетании с горизонтальным бурением убыточные горные породы часто превращаются в продуктивные месторождения природного газа. Этот метод в значительной степени отвечает за разработку. Он также может высвобождать нефть из плотных пород.
Процесс гидроразрыва пласта и используемые в нем химические вещества вызывают наибольшее беспокойство у защитников окружающей среды, которые следят за отраслью природного газа. Необходима нормативно-правовая среда, которая позволит использовать эти методы и обеспечит экологические гарантии для защиты источников воды и людей, которые живут в районах, где происходит бурение [1, с.86].
Недостатками гидроразрыва пласта является то, что существует ряд экологических проблем, связанных с гидроразрывом пласта. Это включает:
1) Трещины, образовавшиеся в скважине, могут распространяться непосредственно на мелкие горные породы, которые используются для снабжения питьевой водой. Или же трещины, образовавшиеся в скважине, могут сообщаться с естественными трещинами, которые распространяются на мелкие горные породы, которые используются для снабжения питьевой водой.
2) Обсадная труба скважины может выйти из строя, что приведет к утечке жидкостей в мелкие горные породы, используемые для снабжения питьевой водой.
3) Случайные разливы жидкостей для гидроразрыва пласта или жидкостей, вытесненных во время гидроразрыва, могут просочиться в землю или загрязнить поверхностные воды.
