工程天然气从美国页岩

页岩地质和水力压裂

天然气被困在页岩矿床，包括在马塞勒斯页岩地层，前起源于史前生活数百万年。植物和原始的动物在分解古海床天然气被困在泥层中形成页岩，这是一种沉积岩。页岩具有紧密的小孔隙结构，必须对岩石进行压裂才能释放其中的天然气。美国许多可销售的页岩矿床位于地表下一英里多的地方，有些甚至深达9000多英尺。

以及建设概述

多数在页岩井已经从纯粹的垂直于具有水平段移位。以上的页岩矿床，垂直孔被钻出到最深的淡水含水层下面，使用井管与钻头附件，然后将其用钢包裹，用水泥固定。在任何淡水含水层的深度进行初步钻探时，通常使用旋转钻，钻屑被压缩空气压到地面上。

一旦通过含水层该初始的垂直段的完整性得到验证，该井的垂直钻井继续到开球点下面进一步，其中，所述井必须开始它的90度的转变已知为横向一卧式镗。淡水含水层下面的更深的垂直和横向钻孔的钻孔是通过使用与barite-和bentonite-（粘土）的液压旋转钻头来实现注入钻井泥浆。钻井泥浆冷却钻头和携带钻屑的表面。

当天然气的所有纵向和横向部分以及被钻孔，套管，并装有生产管道，横向管段在约1000' ，使天然气将有一个通道中流动到井部分穿孔。天然气井常规边音延长3000' ，现在范围近10000' 在某些情况下。侧向井管的穿孔之后，围绕横向页岩必须骨折通过使用高压混合的沙子，数百万加仑的水，和添加剂来保持沙子悬浮，释放气体，防止铁结垢和细菌生长。

YouTube的视频图形上方呈现在施工过程和事件顺序需要建立一个天然气井。

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。

确定和验证井位

而页岩地层的深度和厚度的基本认识是已知的，特定的站点信息仍需要精确地计划钻井和天然气检索。除了评估被钻通以达到页岩播放底土层的均匀性和厚度，确定所述页岩天然裂缝的程度和取向是最有效地放置在孔的横向部分的关键。

要做到这一点，执行由专门的地球物理测试公司地震测试。小型炸药或锤击卡车创建以下等级的冲击波整个网站。录制卡车或地震检波器捕捉反射的声波，然后计算机程序生成图形，帮助识别所有必要的地下特征需要选择最佳的好无聊位置，横向配置，和水力压裂策略。

在钻井过程中，井孔的评估，作为收集钻屑被检查，以便记录实际条件在泥浆测井过程中发生（例如，岩石或土壤和土壤水分含量的类型）存在于任何特定的井深度。

此外，随钻测量（MWD）或随钻测井（LWD）技术现已在其中传感器被定位来中继条件表现为钻进展钻头后面。还有，其中有线线路被放置到孔与仪器，可以在电阻率，声性能，辐射源的反射率，和尺寸信息记录数据的孔测井技术。这些信息有助于引导井筒和通过页岩地层。

这是越来越普遍个别井台支持多口井。一些最现代的钻机必须走（横向移动）跨越井场的潜力。的偏移量仅约15英尺需要钻一个新井垂直镗邻近现有之一，每增加以及运行垂直于页岩的天然裂缝（期望的结果）的新的侧部。在该平面图中，多井支管通常需要在反射上的垂直钻孔的每一侧上的叉的外观，与相邻的阱之间支线成帧任何天然页岩骨折。

这个介绍宾夕法尼亚州立大学农业科学学院提供了有关马塞勒斯页岩地层的更多信息。特别注意以下内容:第10页，有干湿气体地图;第30页，有井的结构和套管图;第31页，显示横向方向(干草叉型);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的快速下降，伴随着一个很长的(长达几十年的)生产阶段]。

钻台工程注意事项

沿着马塞勒斯页岩矿床大部分天然气井台约5-8亩的规模。山区或丘陵地带是目前全国大部分本地区的，需要工程师设计填挖土石方重来准备钻机的水平，稳定以及垫和相关完井和增产设备以及现场进出道路。现场恢复计划，在过渡时期，长达数十年的生产阶段，并最终恢复阶段两者都需要，适当环保等特点。

大量的设备运行和相关的工程活动都需要得到良好的生产点。钻机本身是工程奇迹，和新的钻机正在定制马塞勒斯页岩。参与设计或指定钻头工程师钻机仔细评估井架尺寸和容量，并选择用于地层的钻机和深度的适当钻孔电机。

• 戴里克:此前钻探作业井架必须站起来。井架是（钢）起重机和承重结构，其支撑所述钻和钻杆在阱无聊。井架的范围可以高达150' 的天然气井。他们被运上在预制节众多卡车和现场组装。
• 钻杆被制造和装运30’ 的增量和在现场组装。
• 立根在井架可以是单，双，或三看台上，这意味着它们可以保持基本的30' ，或60' ，或90' 的组装管段，分别。有些钻机井架和步行有能够系统全台移动到新位置上的垫而管14000' 存储在管站的。
• 钻电机：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。
• 场地修复：在天然气回收的生产阶段，一个完整的井垫通常会减少到大约1英亩的面积。被称为“圣诞树”的计量井的管道和阀门，以及水/气体分离和初始气体脱水设备，都安装在地面以上。地面上的储罐也用于收集和储存在深井中发现的盐水(采出水)和从气井中回收的任何油。一些土地所有者与环境恢复公司和野生动物专家密切合作，使他们的生产场地恢复到生态友好的状态。

额外的工程考虑

对于未开发和偏远地区的天然气井项目，井垫以外的项目设计考虑是常见的，而且特别重要:

• 侵蚀、沉积和雨水控制:整个井场的生活和任何新的通路，典型的雨水管理问题的适当任何土方工程需要设计。这些包括表土稳定，播种，上升斜度导流通道和下梯度沉淀池，和过滤织物或过滤器的袜子。这是建设和发展过程中尤为重要，直到井场达到生产阶段。
• 裂隙水管理：以及制剂的页岩压裂阶段需要大量的水，典型地在每水平井4-5百万加仑的范围内。在此之前的好支线的压裂，压裂水被带到现场，通常是通过油罐车上演的压裂作业。在井场水箱和卡车与歧管管道和软管连接到安装在卡车上的泵使水和添加剂可被压入井孔以非常高的压力。一种水管理计划必须被实现，特别是对于水按以下页岩压裂返回到地表。内衬高密度聚乙烯（HPDE）凹坑已被用来收集水压裂，但有朝向使用储罐作为闭环管路系统的一部分的趋势。
• 道路准备或升级:石料以散装方式运来，并放置在平整的道路上，以提供更佳的车辆移动。当现有的公共路面用于运输钻机、钻杆和套管、沙子、水和其他井筒材料时，通常会增加路面厚度，或者在需要的地方重新铺设路面以容纳更大的卡车载重量。

许多其他的设计和工程方面的考虑包括：

• 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，缓解如果必要的话，和监管许可。
• 基础设施增强，包括桥梁评估和重型卡车交通升级。

争议的概述

这个行业并非没有争议。在新闻媒体权利要求宣称压裂过程导致的饮用井水和/或淡水含水层的污染与压裂液，盐水洗涤，或甲烷。

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。

这是公平地说，井水或淡水含水层的污染期间全面小康建设过程中从页岩压裂过程分开是可能的。这些饮用水污染的情况比任何归因于水力压裂更加合理：

• 沿井钻孔：围绕钻井通过地下水位闷井套管固井故障是一个潜在的问题。的井套管上方和通过现有的含水层的深度勤奋固井是从井镗分离淡水重要;监管机构已返工的规定，以进一步确保巩固井套管是非常有效的屏障。
• 在表面上的井场：溢出或钻井泥浆的泄漏，从井压裂添加剂，电动发电机和车辆，或盐水燃料和产生的水是一个问题。这些流体在表面上的井场井构造，完成和含水层下面气体生产期间处理。另外，压裂保水能力差或在钻井现场雨水遏制可能导致污染的水流失，可能迁移到一个新的饮水供应。在这些问题光，企业正在提高自身的泄漏控制计划和做法，在完井阶段，有的甚至铺设HPDE衬在整个钻井平台。

天然气产量前景

天然气和相关建筑活动的市场前景光明，尤其是在汽油价格再度升至每加仑3美元以上的情况下。天然气行业的进一步改善正在考虑或正在进行中:

• 许多电厂目前燃烧煤粉可以转换为天然气。这种转换是昂贵的，但可能会导致空气质量的改善。
• 可提供压缩天然气(CNG)车辆，以及转换工具。车队运作，例如每天返回维修设施的巴士或的士，是压缩天然气的最佳选择。
• 技术将天然气转化到传统的液体燃料，例如柴油燃料和喷气燃料正在实施。

工业厂房可处理“湿”天然气，其是含有被称为天然气液体（天然气凝析液）长链烃气体，正在建设或整个马塞勒斯页岩区域的西部部分正在计划中。“干”天然气可以除去水和可能存在的任何硫化氢后直接送入传输线。新管线将需要有效地从页岩站点天然气分销公司和最终用户遍布美国发射两种类型的提取天然气

“中游”天然气工业 - 那些井场和能源消费之间 - 进行收集，压缩和天然气加工服务，如脱水。这些活动及其相关基础设施将不得不增加与增加产量。

天然气产量不能立即调整供求关系。许多地下储气库藏已在马塞勒斯地区存在使天然气能为冬季高需求存储在那里。在整个马塞勒斯页岩区自然发生的地质空隙许多存储区域将扩大。

天然气的高效的营销从美国的页岩气需要大量的工程考虑。我们的天然气资源的依赖增加是确保美国未来的能源和环境（空气质量）的政策中得到体现。

---

吉姆·戴利，PMP，天然气的董事，能源项目在Greenhorne和奥马拉，是一个技术贡献者此功能。