Hydraulisches Brechen oder Fracking in der Geotechnik ist die Ausnutzung des Drucks einer Flüssigkeit, typischerweise Wasser, um einen Bruch in einer Gesteinsschicht im Untergrund zu erzeugen und dann auszubreiten. Das Fracking erfolgt nach dem Bohren in eine Gesteinsformation, die Kohlenwasserstoffe (Öl oder Erdgas) enthält.
Ziel ist es, die Durchlässigkeit zu erhöhen. Mit der Verbesserung der Permeabilität wird die Produktion des im Untergrund enthaltenen Öls oder Gases verbessert und seine Rückgewinnungsrate erhöht.
Hydraulische Gesteinsbrüche können sowohl natürlich als auch vom Menschen verursacht sein. Sie werden durch den Druck der in der Fraktur enthaltenen Flüssigkeit erzeugt und vergrößert. Die häufigsten natürlichen Hydraulikbrüche sind Deiche und Strangschichten sowie Eiserisse in Gebieten mit kaltem Klima.
Vom Menschen verursachte Brüche werden auf präzisen Gesteinsniveaus in den Öl- und Gasfeldern tief induziert. Sie werden durch Pumpen von Flüssigkeit unter Druck verteilt und dann durch Einbringen von Sand, Kies und keramischen Mikrokugeln als durchlässiges Füllmaterial offen gehalten.
Auf diese Weise können die entstandenen Brüche nicht geschlossen werden, wenn der Wasserdruck ausfällt.
Fälschungsanwendungen
Die hydraulische Brechtechnik wird verwendet, um die Extraktionsgeschwindigkeit von Flüssigkeiten wie Öl, Gas und Wasser zu erhöhen oder wiederherzustellen, einschließlich unkonventioneller Ablagerungen wie Kohle oder bituminöser Gesteine.
Das Fracking ermöglicht die Extraktion von Kohlenwasserstoffen aus durchlässigen Gesteinen (z. B. kompaktem Kalkstein, also zementiertem Sandstein und Ton), aus denen es sonst in Mengen fließen würde, um eine Extraktion mit einer wirtschaftlich vertretbaren Geschwindigkeit zu ermöglichen. Die Verwendung von Fraking macht es billiger, fossile Energie zu erhalten, indem es billiger wird, fossile Brennstoffe zu erhalten.
Zum Beispiel ermöglicht das Brechen die Gewinnung von Erdgas aus bituminösen Gesteinen, einem äußerst undurchlässigen Material.
Induzierte Brüche erhöhen die Durchlässigkeit des Gesteins um das Bohrloch herum und erhöhen die Extraktionsflussrate.
Obwohl die industrielle Hauptanwendung des hydraulischen Brechens darin besteht, die Gewinnung fossiler Brennstoffe, Öl und Erdgas zu fördern, wird es auch verwendet:
- beim Bau von Wasserbrunnen.
- Steine für Bergbaubohrungen vorzubereiten
- Verfahren zur Reduzierung von Verlusten durchführen (im Allgemeinen Kohlenwasserstofflecks)
- Lecks durch Einspritzen in geeignete Gesteinsformationen beseitigen
- als Methode zur Messung der Spannungen in der Erdkruste.
Hydraulic Fracturing Methodik
Ein hydraulischer Bruch wird erzeugt, indem die Bruchflüssigkeit mit genügend Druck in das Loch gepumpt wird, um den Bruchgradienten des Gesteins zu überwinden. Dies verursacht einen oder mehrere Risse, in die die Flüssigkeit eintritt, was zu einer weiteren Expansion führt.
Um den Riss nach dem Unterbrechen der Pumpflüssigkeit offen zu halten, wird ein festes Material hinzugefügt. Dieses Material wird als Support-Agent bezeichnet. Dieses Material besteht normalerweise aus ausgewählten Granulaten aus Quarzsand oder keramischen Mikrokugeln.
Dieses zusätzliche Material bei durch Fracking verursachten Brüchen verhindert das vollständige Schließen des Druckverlusts und bewahrt einen hochpermeablen Durchgang für die zu extrahierende Flüssigkeit aus fossilen Brennstoffen.
Beim Bohren eines Lochs entstehen Steinschläge und Ablagerungen, die in Risse und Poren in der Bohrlochwand rutschen, die Grube teilweise abdichten und die Durchlässigkeit verringern können. Durch hydraulisches Brechen kann ein ausreichender Absaugfluss aus dem Bohrloch wiederhergestellt werden Anzahlung.
Aus diesem Grund handelt es sich um eine Standardmaßnahme für alle in schlecht durchlässigen Gesteinen gebohrten Bohrlöcher. Ungefähr 90% aller Erdgasbohrlöcher in den USA verwenden hydraulisches Brechen, um Gas zu einem wettbewerbsfähigen Preis zu produzieren.
Die in die Fracking-Wells injizierte Flüssigkeit kann Wasser, Gel, Schaum oder Druckgas wie Stickstoff, Kohlendioxid oder einfache Luft sein. Es werden auch verschiedene Arten von festem Wartungsmaterial verwendet: im Allgemeinen Sand, aber auch harzbeschichteter Sand oder Keramikkugeln.
Um die Größe und Ausrichtung der verursachten Frakturen zu erfassen, wird während des Frakturpumpens und der Installation von Geophon-Arrays in benachbarten Bohrlöchern eine mikroseismische Überwachung durchgeführt. Durch die Abbildung von Mikrosismen aufgrund wachsender Frakturen können wir die ungefähre Geometrie der Frakturen ableiten. Weitere wichtige Informationen über die in den Gesteinen induzierten Spannungen erhalten Sie durch Platzieren von geneigten Matrizen.
Zu den in Ölfeldern verwendeten Standard-Brechgeräten gehören ein dynamischer Mischer, eine oder mehrere Hochdruckpumpen mit hohem Durchfluss (normalerweise Dreifach- oder Fünffachpumpen) und eine seismische Überwachungseinheit.
Andere notwendige Materialien sind Tanks, Hochdruckrohre, Additiveinheiten und Manometer, um den Druck, den Durchfluss und die Dichte der Flüssigkeit während der Injektion zu steuern. Die Werte für Druck und Durchfluss der Flüssigkeit variieren stark in den verschiedenen Phasen: Die Einspritzung beginnt mit niedrigem Druck und der Durchfluss beträgt ebenfalls 265 Liter pro Minute.
In der Spannungsphase steigt der Druck auf 100 MPa und der Durchfluss nimmt allmählich ab.
Vor- und Nachteile von Fracking
Wirtschaftliche Aspekte
Einer der großen Vorteile dieser Technik besteht darin, dass sie die Nutzung von Gasreserven ermöglicht, die zuvor als nicht erreichbar galten. Diese Websites bieten Ländern, lokalen Gemeinschaften und der Industrie große Vorteile. Darüber hinaus tragen verschiedene Länder zu einer größeren Energieunabhängigkeit mit aufeinanderfolgenden geostrategischen Vorteilen bei.
Kampf gegen den Klimawandel
Anfänglich wurde diese Technik von verschiedenen Sektoren unterstützt, einschließlich Umweltgruppen. Dies lag daran, dass beim Verbrennen von Gas weniger CO 2 freigesetzt wird als beim Verbrennen von Kohle oder Öl. Spätere Untersuchungen stellten jedoch die Vorteile dieser Technik im Kampf gegen den Klimawandel in Frage. Einerseits ist proprietäres Erdgas (CH 4 ) ein starkes Treibhausgas, und seine direkte Filtration in die Atmosphäre während des Extraktionsprozesses ist sehr gefährlich.
Andererseits könnte der Wettlauf um die Nutzung dieser Standorte nach Ansicht der Experten bei der Entwicklung wirklich sauberer erneuerbarer Energiequellen wie Photovoltaik- Solarenergie, Windenergie, Geothermie oder Energie stagnieren. Hydraulik.
Darüber hinaus argumentieren andere Experten, dass der globale Anstieg des Energieverbrauchs unwiederbringlich zum Klimawandel führen würde, obwohl die Gasverbrennung sauberer ist als die Verbrennung traditioneller fossiler Brennstoffe.
Auswirkungen auf das Grundwasser
Eines der Probleme, die durch Fracking entstehen, ist die mögliche Kontamination von Brunnen und Grundwasserleitern, die die Bevölkerung mit Trinkwasser versorgen. Die Industrie argumentiert, dass die in die Perforationen eingebrachten Betonbarrieren den möglichen Durchgang von Schadstoffen in die Grundwasserschichten verhindern, in denen Trinkwasser gefunden werden kann.
Mehrere Untersuchungen der Duke University und der EPA (United States Environmental Protection Agency) haben jedoch gezeigt, dass Methan, chemische Lösungsmittel und andere Substanzen in Wasserproben in der Nähe der Perforationen vorhanden sind.
Auswirkungen auf Oberflächengewässer
Während des Fracking-Prozesses kehrt ein beträchtlicher Teil der Mischung aus Wasser, Chemikalien und Sand, die in das Bohrloch injiziert wird, an die Oberfläche zurück. Zusätzlich transportiert Wasser bei diesem Prozess Substanzen, die in der Tiefe eingeschlossen sind, an die Oberfläche.
Dieser Abfall ist stark umweltschädlich und kann bei Undichtigkeiten an Flüssen und Oberflächenwasserablagerungen zu Umweltkatastrophen führen.
Das klassische Beispiel für diese mögliche Kontamination fand im September 2009 im Dunkard Creek River statt. Eine Invasion mikroskopisch kleiner Algen tötete einen Großteil des indigenen Lebens des Flusses. Später erfuhr man, dass mehrere Unternehmen illegale Wassereinleitungen aus verschiedenen Bohrzentren durchgeführt hatten.
Eine der vorgeschlagenen Alternativen bestand darin, diese Wässer in traditionellen Kläranlagen zu behandeln. Mehrere Experten betonten jedoch, dass diese Anlagen nicht bereit wären, diese Wässer vollständig zu reinigen, insbesondere im Hinblick auf die Reinigung radioaktiver (radioaktiver) Substanzen.
Geschichte des Fracking
Die Technik zur Verbesserung der Produktivität einer Ölquelle durch Fracking stammt aus den 1860er Jahren, als in Pennsylvania unter Verwendung von Nitroglycerin die Produktion einiger in festes Gestein gebohrter Bohrungen verbessert wurde.
Die Fracturing-Technologie wurde 1947 in den USA von der Stanolind Oil and Gas Corporation auf dem Feld in Hugoton, Kansas, hergestellt, indem mit Hydraulikflüssigkeit Druck auf das Gestein ausgeübt wurde, um die Versorgung mit Öl aus weniger produktiven Feldern zu stimulieren.
Das erste Unternehmen, das eine hydraulische Frakturierungstechnik patentierte, war das Haliburton Well Cementing Oil des Unternehmens im Jahr 1949. Diese Praxis verbreitete sich angesichts der dadurch verursachten Produktionssteigerung erstmals schnell in der gesamten US-Ölindustrie. USA und dann auf der ganzen Welt.
Umweltrisiken durch Fracking
Hydraulic Fracturing wird international überwacht, da Bedenken hinsichtlich der Risiken einer chemischen Kontamination von Grundwasser und Luft bestehen. In einigen Ländern wurde die Verwendung dieser Technik ausgesetzt oder sogar verboten.
Im März 2014 veröffentlichte die Zeitschrift Endocrinology einen Artikel über Bergbauaktivitäten in Colorado mit dem Titel "Aktivitäten von Östrogen und Androgenrezeptor für hydraulische Fracking-Chemikalien sowie Oberflächen und Grundwasser in einer Region mit hoher Bohrdichte" ... Die Forscher analysierten die Gewässer von Garfield County, Colorado, wo Schiefergasschächte stark vertreten sind.
Die Probenahme zeigte, dass selbst das Vorhandensein "mäßiger Mengen" von Chemikalien in den zum Fracking verwendeten Flüssigkeiten das Potenzial hatte, die normale Hormonfunktion zu beeinträchtigen. Einer der Mitarbeiter der Studie, Christopher Kassotis, argumentiert, dass ein hohes Maß an beeinträchtigter Hormonfunktion mit Unfruchtbarkeit, Krebs und Geburtsschäden verbunden ist.
Seismische Risiken durch Hydraulikbruch
Das hydraulische Mikrofracken der Sedimenttechniken kann in einigen Fällen eine stark lokalisierte induzierte Mikroseismizität erzeugen. Die Intensität dieser Mikroerdbeben ist im Allgemeinen recht begrenzt, es kann jedoch zu lokalen Problemen der Bodenstabilität kommen, wenn die Sedimente oberflächlich sind.
