La fracturació hidràulica, o fracturació, implica injectar líquids a alta pressió per trencar les formacions de roca subterrània i augmentar el flux de petroli i gas. Des de mitjan segle XX, la tecnologia de fracturació hidràulica ha sofert un procés d’evolució des de la formació de conceptes fins a l’aplicació a gran escala, i els avenços en les seves tecnologies clau han promogut molt el desenvolupament de la indústria del petroli i el gas. Aquest treball tractarà el desenvolupament històric de la tecnologia de fracturació hidràulica i els seus avenços tecnològics clau.
I. El curs del desenvolupament històric
1. L’etapa embrionària de la tecnologia (1940) la tecnologia de fracturació hidràulica es va originar als Estats Units. El 1947, Halliburton va realitzar amb èxit el primer experiment de fracturació hidràulica del món en un pou de gas a Kansas. En injectar el líquid de sorra al pou, la generació de fractures va augmentar significativament la productivitat del pou de petroli i gas. Aquest experiment va marcar el naixement de la tecnologia de fracturació hidràulica. El 1949, Halliburton va comercialitzar oficialment la tecnologia, que va iniciar l’ús generalitzat de la fractura hidràulica en el desenvolupament de petroli i gas.
2. Període de desenvolupament tecnològic (1960s - 1980 s)
Amb la demanda creixent de recursos de petroli i gas, la tecnologia de fracturació hidràulica va aconseguir diverses millores durant aquest període: el desenvolupament de la tecnologia de simulació de fractures: basat en la investigació de la mecànica de roca i la mecànica de fluids, el model de predicció de la morfologia de fractura i la conductivitat del flux es va establir gradualment . Fluids de fracturació i millores de propòsit: es van desenvolupar líquids de fracturació d’alta viscositat i proppants resistents a la temperatura per fer front a condicions geològiques més complexes. La combinació de la fractura hidràulica i la tecnologia del pou horitzontal: sobretot a mitjans de la dècada de 1980, l’avançament de la tecnologia del pou horitzontal va provocar una àrea de contacte de fractura més gran per a la fracturació hidràulica i va augmentar significativament la producció d’un sol pou.
3. Revolució de Shale impulsada (principis del segle XXI)
El segon gran salt en el fracking va arribar a principis dels anys 2000, quan les exigències del desenvolupament de petroli i gas de esquistos van provocar avenços tecnològics generalitzats. Amb l’augment de l’explotació de gasos d’esquist representat pels Estats Units, la tecnologia de “fracturació en diverses etapes” s’ha madurat gradualment. L'esdeveniment clau d'aquest període va ser l'aplicació amb èxit de la tecnologia "Well Horizontal Well + Multi-Stage Fracturing" al Barnett Shale de Texas el 2000.
La Revolució de Shale ha transformat ràpidament els Estats Units d’un importador de gas natural a un exportador, amb implicacions profundes per al panorama energètic global.
4. Optimització contínua i desenvolupament verd (2010 per presentar) amb les necessitats de protecció ambiental i transició energètica, la tecnologia de fracturació hidràulica s’ha desenvolupat gradualment en la direcció d’alta eficiència, baix cost i protecció ambiental:
Desenvolupar una fórmula de fluids fracturant ambientalment amb baixa toxicitat i contaminació.
L’aplicació de la tecnologia de control intel·ligent i la construcció automàtica per millorar l’eficiència del treball.
Mitjançant la tecnologia de "re-fracturació" per millorar la capacitat de producció dels antics pous, redueix l'impacte dels nous pous sobre el medi ecològic.
2. Avenços en tecnologies clau
1. Fracturació de la tecnologia de fluids
El líquid de fracturació és el nucli de la fracturació hidràulica. Els líquids tradicionals de fracturació es basen principalment en aigua i basats en oli, i en el desenvolupament posterior, s’han introduït líquids de gel reticulats, líquids de fracturació d’escuma i líquids eficients i de fractura ambientalment. En els darrers anys, també s’han fet avenços en l’ús de líquids de fracturació no basats en aigües com el diòxid de carboni i el nitrogen, especialment en zones escasses d’aigua.
2. Material Propant
Propant s’utilitza per mantenir la conductivitat de la fractura. El primer ús de la sorra natural, es va desenvolupar posteriorment en terrisseria, sorra recoberta de resina d’alta resistència, etc. Actualment, la investigació de nanomaterials i proppants intel·ligents està ampliant el seu rang d’aplicacions.
3. Tecnologia de fractura en diverses etapes La tecnologia de fracturació en diverses etapes és el mètode bàsic del desenvolupament del pou horitzontal, que pot trencar-se en diversos punts al llarg del pou i millorar molt la recuperació de recursos. Els avenços tecnològics com les eines de fracturació segmentades i l’optimització de l’espai entre els clústers de perforació són avenços importants en aquest camp.
4. Tecnologia de monitorització i modelització de fissures
Mitjançant el seguiment microseísmic, el modelat geològic 3D i els algoritmes d’intel·ligència artificial, els enginyers poden comprendre els patrons de fractura en temps real, optimitzar els paràmetres de construcció i millorar la precisió i l’eficiència econòmica de les operacions de fracturació.
5. Construcció intel·ligent i automatitzada
Amb la integració de Big Data, la tecnologia de detecció i la robòtica, la fracturació hidràulica s’està automatitzant, digital i controlada de forma remota. L’optimització d’eficiència de la bomba de fracturació, el sistema de gestió d’energia i la plataforma d’operació intel·ligent s’han convertit en el punt fort del desenvolupament de la indústria.
Iii. Perspectives futures
En el futur, la tecnologia de fracturació hidràulica es desenvoluparà encara més en la direcció de la intel·ligència, el verd i la precisió. Les àrees de recerca clau inclouen:
Fluid de fracturació verda: desenvolupar un líquid fracturador respectuós amb el medi ambient que es pot degradar completament.
Desenvolupament de recursos no convencionals: trencar els límits tècnics de formacions més complexes com ara esquistos profunds i gres ajustats. Utilització de recursos geotèrmics: la tecnologia de fracturació hidràulica s'aplica al desenvolupament de l'energia geotèrmica per promoure el desenvolupament de l'energia neta.
La importància de la fractura hidràulica en el sector energètic és evident. Tot i que encara s’enfronta a reptes en la protecció del medi ambient, amb el progrés tecnològic i l’orientació política, aquesta tecnologia tindrà un paper més important en la transició energètica global.