Breken is een complex en technisch veeleisend proces dat vier hoofdcomponenten kent: preparatie, injectie, plaatsing van steunmiddel en vloeistofterugwinning. In deze gids zullen we elk van deze vier componenten nader bekijken, waarbij we illustreren hoe elk bijdraagt aan het algehele succes van de frackoperatie en ervoor zorgt dat olie en gas veilig diep uit de aardkorst kunnen worden gewonnen.
1. Voorbereiding: de basis leggen voor breuken
Voordat er met fracken kan worden begonnen, is een grondige voorbereiding nodig. De eerste stap in dit proces is het boren van de put. Afhankelijk van de doellocatie en geologische formaties kan het boren verticaal, horizontaal of een combinatie van beide worden uitgevoerd. De put moet tot de vereiste diepte worden geboord om het olie- of gasreservoir te bereiken dat in de rotsformatie is opgesloten.
Boren en stalen behuizing
Bij het boren van een put is het van cruciaal belang dat de structurele integriteit behouden blijft. Dit wordt bereikt door een stalen behuizing in de boorput te steken, die de bekleding van het geboorde gat vormt. Behuizing dient meerdere doelen: voorkomen dat de put instort en de omliggende rotsformaties beschermen tegen vervuiling. Zonder verbuizing zou de boorput kunnen bezwijken onder de enorme druk van de omringende grond, wat gevaren voor de werknemers zou opleveren en de hele operatie in gevaar zou brengen.
Cementeren garandeert de integriteit van het boorgat
Nadat de stalen behuizing op zijn plaats zit, wordt cement in de boorput gepompt om de ring, de opening tussen de behuizing en het omringende gesteente, te vullen. Cement fungeert als een beschermende afdichting en voorkomt dat vloeistoffen tussen verschillende rotsformaties migreren, zodat er geen lekkages optreden. Cement helpt ook om de boorbuis stevig op zijn plaats te houden, waardoor de integriteit van de put op lange termijn wordt gewaarborgd. Dit proces moet ervoor zorgen dat olie, gas of geïnjecteerde vloeistoffen niet in grondwaterbronnen lekken, wat een noodzakelijke veiligheidsmaatregel is voor elk onderdeel van het fracken.
Voorbereiding is misschien wel het belangrijkste onderdeel van een frackoperatie, omdat deze de weg vrijmaakt voor een veilige en effectieve operatie. Elk onoplettendheid tijdens deze fase kan catastrofale gevolgen hebben, waaronder uitbarstingen, grondwaterverontreiniging of kostbare productievertragingen.
2. Injectie: het potentieel van fracking ontketenen
Zodra het boren, de verbuizing en het cementeren voltooid zijn, kan de volgende stap bij het fracken overgaan naar de meest herkenbare fase: injectie. In deze fase wordt hydraulische breekvloeistof onder extreem hoge druk in de put gepompt. Het doel is om scheuren te creëren in de rotsformaties rond de boorput, waardoor routes ontstaan voor de stroom van olie en gas.
Fracking-vloeistofsamenstelling
De vloeistof die in de put wordt geïnjecteerd, bestaat doorgaans uit een mengsel van water, zand en chemische additieven. Elk onderdeel speelt een sleutelrol in het proces. Water is de belangrijkste drager en zorgt ervoor dat steunmiddelen in de breuken terechtkomen. Chemische additieven worden gebruikt om wrijving te verminderen, bacteriegroei te voorkomen en mineralen op te lossen die het breukproces kunnen belemmeren.
Hogedrukinjectie en steenbreuk
Tijdens deze fase duwen hogedrukpompen breekvloeistof in de boorput en naar buiten in de omliggende rotsformaties. De enorme druk die door de vloeistof wordt uitgeoefend, veroorzaakt scheuren in het gesteente, die zich vaak op een diepte van duizenden meters bevinden. Deze scheuren kunnen zich tot honderden meters van de boorput uitstrekken en zijn essentieel voor de toegang tot olie en gas dat gevangen zit in dichte rotsformaties zoals schalie. Zonder dit injectieproces zouden koolwaterstoffen vastzitten in ondoordringbaar gesteente en niet vrij kunnen stromen.
3. Plaatsing van het steunmiddel: het beveiligen van de breuken
De plaatsing van steunmiddelen zorgt ervoor dat de breuken open blijven, waardoor olie en gas er doorheen kunnen stromen zodra de druk wordt opgeheven. De breekvloeistof transporteert het steunmiddel, meestal zand of keramische kralen, in de breuken tijdens de injectiefase.
Het meest voorkomende steunmateriaal is zand, omdat het gemakkelijk verkrijgbaar en goedkoop is. In sommige gevallen worden echter keramische kralen of andere synthetische steunmiddelen gebruikt. Deze proppants zijn speciaal ontworpen om hogere drukken en temperaturen te weerstaan, zodat ze de structurele integriteit van de breuken behouden, zelfs onder extreme omstandigheden diep in de aarde.
Proppant-functie
Wanneer de hogedrukinjectie stopt, beginnen de breuken zich te sluiten onder de natuurlijke druk die wordt uitgeoefend door het omringende gesteente. Zonder steunmiddelen zouden deze breuken volledig sluiten, waardoor de route van koolwaterstoffen effectief wordt geblokkeerd. Geïnjecteerde proppants komen echter vast te zitten in de breuken, waardoor ze open blijven, zelfs nadat de druk is opgeheven.
4. Vloeistofherstel: nasleep
Zodra de breekoperatie voltooid is en de steunmiddelen op hun plaats zitten, begint de laatste fase: vloeistofterugwinning. Een groot deel van de breekvloeistof, nu flowback genoemd, wordt teruggevoerd naar het oppervlak. Dit herstelproces is van cruciaal belang voor het beheersen van de gevolgen voor het milieu, de naleving van de regelgeving en de voortdurende prestaties van de put.
Flowback en koolwaterstofproductie
Wanneer de put olie en gas begint te produceren, wordt een deel van de breekvloeistof samen met de koolwaterstoffen teruggewonnen. Deze flowback-vloeistof bevat doorgaans hetzelfde water, dezelfde chemicaliën en steunmiddelen die tijdens het breekproces zijn geïnjecteerd. De samenstelling van de flowback-vloeistof kan echter in de loop van de tijd veranderen, omdat deze ook zouten, mineralen en andere materialen kan bevatten die van nature aanwezig zijn in de omringende rotsformaties.
Hergebruik en verwijdering van Flowback
Zodra het de oppervlakte bereikt, moet flowback-vloeistof worden beheerd door lokale en federale regelgeving. In sommige gevallen kan de vloeistof worden behandeld en hergebruikt bij toekomstige breekoperaties, waardoor het totale waterverbruik en de milieueffecten van het proces worden verminderd. Als alternatief moet de vloeistof mogelijk worden afgevoerd, meestal in een diepe injectieput die voor dit doel is ontworpen