从美国页岩矿床开采天然气

页岩地质和水力压裂

天然气被困在页岩沉积物中，包括在Marcellus页岩形成，始于数百万年前的史前生活。植物和原始动物分解古海床产生的天然气被困在泥浆层中，成为页岩，这是一个沉积岩。页岩的小毛孔结构紧凑，岩石必须裂缝，以释放出困境的天然气。许多美国的销售页岩存款位于地球表面下方超过一英里，有些大约9,000英寸或更多。

井建筑概述

页岩剧中的大多数井已经从纯粹的垂直移动到具有水平段。在页岩沉积物上方，垂直孔钻到最深的淡水含水层下方，使用钻头附着的井管，然后在钢制衬垫并巩固到位．任何淡水含水层的初始钻进通常都是用旋转钻头进行的，钻屑通过压缩空气被压到地面。

一旦通过含水层的这种初始垂直段的完整性都经过验证，井的垂直钻井就在下面进一步进一步进一步，其中井必须开始90度过渡被称为横向的水平镗孔。通过使用带有重晶石和膨润土（粘土）注入的钻井泥浆的液压旋转钻头来实现淡水含水层下方更深的垂直和横向钻孔。钻孔泥浆冷却钻头并向表面携带钻屑。

当天然气井的所有垂直和横向部分都是钻孔，套管，并配有生产管道，横向管道部分在约1,000'的部分中穿孔，使得天然气将具有流入井的途径。在某些情况下，天然气井常规延伸3,000'，现在距离近10,000'。在横向井管穿孔后，横向侧向的页岩必须是裂缝通过使用沙子、数百万加仑的水和添加剂的加压混合物，保持沙子悬浮，释放气体，防止铁结垢和细菌生长。

上面的YouTube视频以图形方式提出了构建天然气所需的施工过程和事件顺序。

从井产气（天然气检索率）最高的是在项目的开始，但行动仍然经济几十年来，下面的下降对数曲线，直到进一步的天然气生产已不再具有成本效益。当井达到收益的边际税率，其他页岩最近的行业趋势是压裂现有井在认为经济上可行的支线。

确定和验证油井位置

虽然已经知道了页岩形成深度和厚度的基本意识，但仍然需要准确地计划钻井和天然气检索的特定现场信息。除了评估钻孔的均匀性的均匀性和厚度以达到页岩阶段之外，确定页岩中的自然骨折的程度和取向对于最有效地放置井的侧部至关重要。

为实现这一目标，进行了专门的地球物理测试公司的地震检测。小型爆炸性收费或捶击卡车在整个网站上产生低于等级的冲击波。录制卡车或地理位音捕获反射声波，然后计算机程序会生成图形，有助于识别选择最佳钻孔位置，横向配置和液压压裂策略所需的所有必要的地下功能。

在钻井期间，在泥浆测井过程中发生井孔的评估，因为检查钻头扦插以记录在任何特定井深度的实际条件（例如，岩石或土壤和土壤水分含量）中。

另外，在钻井（MWD）或钻井（LWD）技术的同时测量，在钻孔（LWD）技术中，传感器位于钻头后面以在钻头进展时中继所存在的条件。还存在一种钻孔测井技术，其中用仪器将线线放入孔中，该仪器可以记录电阻率，声波特性，辐射源的反射率和尺寸信息的数据。这些信息有助于指导钻孔到钻孔和通过页岩形成。

单个井台支撑多口井的情况越来越普遍。一些最先进的钻机都具有在井台上移动(横向移动)的潜力。在现有直井附近钻新的直井只需要大约15英尺的邻井，每口井的新水平段都垂直于页岩天然裂缝(这是一个理想的结果)。在平面视图中，多个分支井通常在垂直井的每一侧呈现干草叉的外观，相邻分支井之间的天然页岩裂缝被框架化。

这演讲宾夕法尼亚州立大学农业科学学院提供了更多关于马塞勒斯页岩形成的信息。特别注意以下几点:第10页，其中有湿气和干气图;第30页，有井的结构和套管图形;第31页，显示横向方向(干草叉模式);第36页，显示了产量下降曲线[这条曲线的一个重要方面是产量迅速下降，伴随着一个长(几十年)的生产阶段]。

钻井平台工程注意事项

Marcellus页岩沉积物的大多数天然气井垫的尺寸约为5-8英亩。在这个地区的大部分地区都有山区或丘陵地形，需要工程师设计切割和填补重物，为钻机和相关的井完成和刺激设备以及现场接入道路准备一个水平，稳定的井垫。临时恢复计划，对于临时，几十年的长期生产阶段和最终恢复阶段，具有适当的环保特征。

需要大量的设备运动和相关的工程活动来获得良好的生产点。钻机本身是工程奇迹，较新的钻机正在为Marcellus Shale定制。设计或指定钻机的工程师仔细评估Derrick Size和容量，并为钻机和深度选择合适的钻孔电机。

• 德里克：在钻井业务之前，必须站起来。井架是（钢）起重机和承重结构，用于在钻孔钻孔上支撑钻头和钻孔管。井架可以为天然气井提供高达150'。它们在预制部分的众多卡车上运输并在现场组装。
• 钻杆由30'增量制造并运输，并在现场组装。
• 管道立场井架可以是单架、双架或三架，这意味着它们可以分别安装30'、60'或90'的基本管段。一些钻机和井架具有行走系统，能够将整个钻机移动到平台上的新位置，同时14,000'的管道存储在管架中。
• 钻机：钻头电机必须在被带到提供足够的动力，以使钻头来切割5-8" 通过沿很长的距离，可以轻松地范围为12000' 岩层以及镗（或超过2哩）考虑合并的垂直和横向。还有距离今天正在使用的大钻电机开发超过1500马力相关联的便携式发电机和电缆也需要大小和发送到项目现场 - 。不仅为钻井作业也为区域照明和支持服务演练头，用于从开球点与横向的端部的水平截面是由通过井筒泵送钻头泥驱动的涡轮机。
• 网站恢复：天然气检索的生产阶段的完整的井垫通常减少到约1英亩的部位。被称为“圣诞树”，用于良好的计量的管道和阀门，以及水/天然气分离和初始气体脱水设备，安装在等级上方。地上罐中的上面还有收集和储存盐水液体（生产水）在很大的深处发现，任何从气体中取出的油。一些有关的土地所有者与环境恢复公司和野生动物专家密切合作，将其生产网站返回生态友好状态。

额外的工程考虑因素

对于未开发和偏远地区的天然气井项目来说，井台之外的项目设计考虑是常见的，尤其重要:

• 侵蚀，沉降和雨水控制：在井台和任何新通道的整个生命周期中，典型的雨水管理问题适用于任何土方工程需要进行设计。这包括表土稳定、播种、上梯度导流渠和下梯度沉淀池，以及滤布或滤筒。在施工和开发过程中，直到井台达到生产阶段，这些都非常重要。
• 骨折水管理：页岩压裂准备阶段需要大量的水，通常每口水平井需要400 - 500万加仑的水。在进行水平段压裂之前，通常通过油罐车将压裂水运至现场，进行分段压裂作业。井台上的水箱和卡车通过管汇和软管与卡车上安装的泵连接，这样就可以在非常高的压力下将水和添加剂强制注入井筒。必须实施水管理计划，特别是在页岩压裂后返回地面的水。高密度聚乙烯(HPDE)内衬井已经被用于收集压裂水，但将储罐作为闭环管道系统的一部分的趋势越来越明显。
• 道路准备或升级：石骨料被散装并放置在分级接入道路上，以提供更好的车辆运动。当现有的公共浮出水面的道路用于运输钻机，钻管和套管，砂，水等井材料时，通常增加路面厚度或提供重压件以适应所需的较大的卡车装载。

许多其他设计和工程考虑包括：

• 施工前调查的大片土地和管道，收集和传输线和进出道路。
• 敏感的环境资源调查，有必要时缓解，以及监管允许。
• 基础设施改进，包括桥梁评估和重型卡车交通升级。

争议概述

这个行业没有没有争议．新闻媒体中的索赔声称压裂过程导致饮用井水和/或淡水含水液与压裂液，盐水或甲烷的污染造成污染。

页岩气水力压裂活动是非常深刻和饮用水供应通常是一英里的页岩区更上面，有许多硬岩层之间。用于通过压裂饮用井水或含水层的污染的任何潜在的是极小。反驳已取得的压裂工艺创造了天然气的新途径流向成淡水含水层数千英尺以上的天然气井支线。但是，考虑到中间的厚岩层，并且将需要驱动流体数千英尺的极端压力向上，这是极不可能可以形成这样的途径。

可以说，除了页岩压裂过程之外，在整个油井建设过程中，井水或淡水含水层可能受到污染。这些饮用水污染情景比任何水力压裂都更可信:

• 沿井钻孔：在钻过地下水位的井中，套管周围的错误固井是一个潜在的问题。在现有含水层的上部和下部进行套管固井作业，对于将淡水从井眼中隔离出来非常重要;监管机构一直在修改法规，以进一步确保固井套管是高效的屏障。
• 在井垫上的表面：钻井泥浆的溢出或泄漏，压裂添加剂，用于发电机和车辆的燃料，或者来自井的盐水和生产的水是一个问题。这些流体在井垫的井垫的表面上处理，在含水层下方的井垫，完成。另外，在井场处的较差的压裂水或雨水含量可能导致可能迁移到淡水饮水供应的污染水径。鉴于这些担忧，公司正在改善溢出遏制计划和实践，在整个钻井期间，一些甚至在整个钻垫上铺设了HPDE衬垫。

天然气生产前景

天然气和相关建筑活动的市场前景光明，特别是汽油价格现在再次超过每加仑3美元。进一步的天然气工业改进正在考虑或正在进行中:

• 许多目前燃烧煤粉的发电厂都可以转化成天然气。这种转换成本很高，但可以改善空气质量。
• 可提供压缩的天然气（CNG）车辆，转换套件是可用的。每天返回维护设施的公共汽车或出租车等总线或出租车是CNG的优秀候选者。
• 正在实施将天然气转化为柴油和喷射燃料等传统液体燃料的技术。

可以加工的工业工厂“湿”天然气，这是含有称为天然气液体（NGLS）的长链烃的气体，正在建设中或在Marcellus页岩地区的西部部分划分。“干燥”天然气可以在去除水和可能存在的任何硫化氢后直接送入输电线路。新的管道将被要求有效地将来自页岩地点的任何类型的提取的天然气传送到整个美国的天然气配送公司和最终用户

“中游”天然气工业 - 井垫和能源消费者之间的天然气行业 - 执行聚会，压缩和天然气加工服务，如脱水。这些活动及其相关的基础设施必须随着产量增加而增加。

无法瞬间调整天然气生产以供供需调整。Marcellus地区存在许多地下天然气储存储层，以便在那里存储天然气，以便在那里进行高冬季需求。在整个Marcellus Shale地区天然存在的地质空隙中的许多存储区域将被扩展。

高效营销天然气美国的页岩中需要众多工程考虑因素。增加对我们天然气资源的依赖，肯定会反映在美国未来的能源和环境（空气质量）政策中。

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Jim Daley，PMP，天然气总监和Greenhorne＆O'Mara的能源计划，是此功能的技术贡献者。