水力壓裂法

水力壓裂技術(shù)將使全球石油供應(yīng)量增加近1400億桶，相當(dāng)于俄羅斯已知石油儲(chǔ)量 。用于開(kāi)采美國(guó)境內(nèi)難以獲取石油儲(chǔ)備的水力壓裂技術(shù)如能用于刺激其它地方老油田的產(chǎn)量回復(fù)，則能在未來(lái)幾年內(nèi)帶來(lái)大量的石油供應(yīng)。這些可用水力壓裂恢復(fù)開(kāi)采的石油中，有三分之二的產(chǎn)量將會(huì)來(lái)自中東和拉丁美洲 。

美國(guó)頁(yè)巖革命中的投機(jī)者正在利用水力壓裂技術(shù)，為日益老化的油氣田注入新的活力。而諸如伊朗，俄羅斯，墨西哥和中國(guó)在內(nèi)的國(guó)家將能從水力壓裂技術(shù)中獲得更大的利益 。北美以外已探明油氣田可開(kāi)采1410億桶石油，其中1350億桶需要用到水力壓裂技術(shù) 。這1410億桶石油中，400億桶的儲(chǔ)量位于伊朗。如果伊朗核問(wèn)題能達(dá)成協(xié)議，國(guó)際社會(huì)解除制裁，伊朗政府希望能吸引國(guó)外投資 。排在伊朗之后的是向國(guó)外投資開(kāi)放了能源領(lǐng)域的墨西哥，擁有140億桶的可回復(fù)石油儲(chǔ)量，隨后是俄羅斯，120億桶，中國(guó)60億桶 。

法國(guó)、突尼斯和中國(guó)的3個(gè)油田開(kāi)采商已經(jīng)在應(yīng)用新技術(shù)來(lái)復(fù)興老油田 。法國(guó)離巴黎不遠(yuǎn)的圣馬丁-迪-博森內(nèi)瑞(Saint Martin de Bossenary)油田在1996年廢棄，由于法國(guó)禁止使用水力壓裂技術(shù)，該油田采取了水平鉆探技術(shù)重新進(jìn)行開(kāi)采。其石油開(kāi)采回復(fù)速度從40%上升到了44%，該油田的石油儲(chǔ)量也因新技術(shù)增加了1百萬(wàn)桶，或增長(zhǎng)了10% 。

除上述國(guó)家外，另外前10個(gè)擁有超過(guò)40億桶額外石油儲(chǔ)量的國(guó)家，包括阿聯(lián)酋，科威特，哈薩克斯坦，阿爾及利亞，利比亞和委內(nèi)瑞拉 。

水力壓裂法招致了部分人的批評(píng)，稱(chēng)水力壓裂法引起了美國(guó)境內(nèi)的地震 。水力壓裂技術(shù)在其它地方的應(yīng)用卻并不是那么的廣泛，一方面是由于環(huán)境方面的反對(duì)，另一方面也由于對(duì)專(zhuān)業(yè)設(shè)備的要求 。

英國(guó)的人口密度比美國(guó)大，鉆探公司希望通過(guò)水力壓裂技術(shù)開(kāi)采頁(yè)巖油氣儲(chǔ)量，公眾卻持謹(jǐn)慎態(tài)度，認(rèn)為水力壓裂技術(shù)在向地層重新回注廢水時(shí)會(huì)引發(fā)微小的地震，帶來(lái)風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，向鉆探現(xiàn)場(chǎng)來(lái)回運(yùn)輸物料也會(huì)帶來(lái)噪音和擾亂 。2100433B

由圖可得關(guān)泵壓力（ps）、裂縫擴(kuò)展壓力（pr）和破裂壓力（pf），并按下式計(jì)算主應(yīng)力：最小水平應(yīng)力σh=ps，最大水平應(yīng)力σH=3ps-pr-po，式中：po為孔隙壓力。而鉛直應(yīng)力σv可根據(jù)上覆巖層的重量計(jì)算：σv=ρgH，式中：ρ為巖石密度；g為重力加速度；H為測(cè)量深度；主應(yīng)力方位由印模器確定。此法于20世紀(jì)50年代由哈伯特（Hubbert）、威利斯（Willis）在理論上進(jìn)行論證，60年代由夏德格（Scheidergger）、凱利（Keighley）、費(fèi)爾赫斯特（Fairhurst）等加以完善，海姆森（Haimson）等分析了壓裂液滲入的影響，并作大量野外和室內(nèi)實(shí)驗(yàn)工作。由于操作簡(jiǎn)便，且無(wú)須水力壓裂法知道巖石的彈性參量而得到廣泛應(yīng)用。美國(guó)已進(jìn)行很多水力壓裂法地應(yīng)力測(cè)量，德國(guó)、日本和中國(guó)等也已相繼開(kāi)展此項(xiàng)工作。

水力壓裂技術(shù)的運(yùn)作如下，把水，砂子和化學(xué)試劑的混合液高壓泵入地層深處的巖石，打開(kāi)小的縫隙以允許石油和天然氣更流暢的流到鉆井口 。水平鉆探首先是垂直向下一英里或更深開(kāi)一個(gè)鉆井，然后再朝水平方向同樣以一英里或更長(zhǎng)的距離打開(kāi)另外一個(gè)鉆井 。這樣一來(lái)，水平鉆探便能進(jìn)入大面積區(qū)域的儲(chǔ)油巖石。和水平鉆探結(jié)合，水力壓裂技術(shù)促進(jìn)了美國(guó)產(chǎn)油量的大幅增長(zhǎng) 。

盡管水力壓裂法在19世紀(jì)就已發(fā)明，但直到近十幾年才開(kāi)始大規(guī)模使用，如今，美國(guó)近些年的新油井有95%是用水力壓裂法進(jìn)行鉆探的

在2004年，EPA就對(duì)水力壓裂法的環(huán)境影響做出過(guò)評(píng)估。當(dāng)時(shí)的結(jié)果認(rèn)為這種技術(shù)很安全。美國(guó)2005年<能源政策法>甚至規(guī)定水力壓裂法不受美國(guó)《安全飲用水法案》限制。然而，在環(huán)保組織和一些立法者的眼中，EPA的評(píng)估結(jié)果值得商榷，是為了維護(hù)頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)正常進(jìn)行而采取的姑息之策。

有關(guān)水力壓裂法的觀點(diǎn)，美國(guó)《能源論壇》曾撰文表示，該問(wèn)題是由一系列單獨(dú)的水污染事件引發(fā)，這是由于操作者操作不當(dāng)所造成，而不是水力壓裂法自身存在缺陷。2100433B

水力壓裂就是利用地面高壓泵，通過(guò)井筒向油層擠注具有較高粘度的壓裂液。當(dāng)注入壓裂液的速度超過(guò)油層的吸收能力時(shí)，則在井底油層上形成很高的壓力，當(dāng)這種壓力超過(guò)井底附近油層巖石的破裂壓力時(shí)，油層將被壓開(kāi)并產(chǎn)生裂縫。這時(shí)，繼續(xù)不停地向油層擠注壓裂液，裂縫就會(huì)繼續(xù)向油層內(nèi)部擴(kuò)張。為了保持壓開(kāi)的裂縫處于張開(kāi)狀態(tài)，接著向油層擠入帶有支撐劑（通常石英砂）的攜砂液，攜砂液進(jìn)入裂縫之后，一方面可以使裂縫繼續(xù)向前延伸，另一方面可以支撐已經(jīng)壓開(kāi)的裂縫，使其不致于閉合。再接著注入頂替液，將井筒的攜砂液全部頂替進(jìn)入裂縫，用石英砂將裂縫支撐起來(lái)。最后，注入的高粘度壓裂液會(huì)自動(dòng)降解排出井筒之外，在油層中留下一條或多條長(zhǎng)、寬、高不等的裂縫，使油層與井筒之間建立起一條新的流體通道。壓裂之后，油氣井的產(chǎn)量一般會(huì)大幅度增長(zhǎng)。