تصديع مائي

الاستخدامات

ومن جهة أخرى، يتيح التصديع المائي استخراج الغاز الطبيعي والنفط من التكوينات الصخرية العميقة تحت سطح الأرض بشكل عام من 2000 إلى 6000 متر، وهو أقل بكثير من مستويات خزان المياه الجوفية النموذجية. في مثل هذا العمق، قد يكون هناك نفاذية أو ضغط مكمن غير كافي للسماح بتدفق الغاز الطبيعي والنفط من الصخور إلى حفرة البئر بعائد اقتصادي مرتفع. وبالتالي فإن تكوين كسور موصلة في الصخر لها دور فعال في الاستخراج من الخزانات الصخرية الكتيمة بشكل طبيعي.

كذلك، منذ أواخر السبعينيات من القرن الماضي، يستعمل التصديع المائي في بعض الحالات لزيادة إنتاج مياه الشرب من الآبار في عدة بلدان، مثل الولايات المتحدة واستراليا وجنوب أفريقيا.

• التخلص من النفايات عن طريق الحقن في عمق الصخور.
• قياس الإجهاد في الأرض.
• توليد الكهرباء في أنظمة الطاقة الحرارية الأرضية المحسنة.
• زيادة معدلات الحقن للعزل الجيولوجي لثاني أكسيد الكربون.

كذلك، وسيلة لتحسين معالجة النفايات، وفي الغالب تكون نفايات الهيدروكربون أو الانسكابات.

• التصديع المائي يؤدي إلى عدة عوامل هي:
• تنشيط آبار المياه الجوفية.
• تهيئة أو تحفيز تعدين الكهوف الصخرية.

من جانب آخر، يستعمل التصديع المائي لزيادة معدل استخلاص السوائل، مثل البترول أو الماء أو الغاز الطبيعي من الخزانات الطبيعية الجوفية. وغالبا ما تتكون الخزانات من أحجار رملية مسامية أو أحجار جيرية أو صخور الدولوميت، ولكنها تشتمل على خزانات غير تقليدية مثل طبقات الفحم.

إضافةً إلى ذلك، تقاس النفاذية من النطاق الجزئي إلى النطاق الكلي. و تعرف الكسور على أنها مسار موصل يربط حجم أكبر من الخزان بالبئر. و ينتج الكسر عن ما يسمى بالتصديع الفائق، وهي شقوق أعمق في التكوين الصخري لإطلاق المزيد من النفط والغاز وزيادة الكفاءة. ينخفض إنتاج تجاويف الصخر الزيتي النموذجي بشكل عام بعد العام أو العامين الأولين، ولكن يمكن أن تمتد ذروة إنتاج البئر إلى عدة عقود. في حين أن الاستخدام الصناعي الرئيسي للتكسير الهيدروليكي يقوم على تحفيز الإنتاج من آبار النفط والغاز.

الإكمالات الأفقية

وفي هذا الصدد، عندما يحين موعد كسر البئر، يفتح الغطاء السفلي المنزلق باستخدام إحدى تقنيات التنشيط المتعددة وتضخ المرحلة الأولى، و بمجرد الانتهاء يفتح الغلاف التالي، مع عزل المرحلة السابقة في نفس الوقت، وتتكرر العملية.

من جهة ثانية، يختلف ثقب البئر الخاص بتقنية الغلاف المنزلق من حيث أن الجلبة المنزلقة مدرجة في مسافات محددة في الغلاف الفولاذي في وقت تثبيته في المكان المحدد لها. عادة تغلق جميع الأكمام المنزلقة في هذا الوقت.

وفي السياق ذاته، هناك طريقتين يتحقق بواسطتهما الكسر على طول حفرة البئر بشكل شائع هما التوصيل والكمال و الأكمام المنزلق.

في هذا الإطار، أما بالنسبة لطريقة الجلب المنزلق، فعادة ما يكون الكابل السلكي غير مطلوب.

من جانب آخر، في أوائل القرن الحادي والعشرين، جعلت التطورات في تكنولوجيا الحفر والإكمال حفر الآبار الأفقية أكثر اقتصادا. حيث أصبحت الآبار الأفقية تسمح بالتعرض للتكوين بشكل أكبر بكثير من حفر الآبار العمودية التقليدية. ويعتبر هذا مفيد بشكل خاص في التكوينات الصخرية التي لا تتمتع بنفاذية كافية لإنتاج بئر عمودي اقتصاديا مثل هذه الآبار عند حفرها على اليابسة، وعادة ما يتم تكسيرها هيدروليكيا على عدة مراحل خاصة في أمريكا الشمالية.

في هذا الإطار، قد تسمح تقنيات الإكمال هذه بضخ أكثر من 30 مرحلة في القسم الأفقي من بئر واحد إذا لزم الأمر، وهو أكثر بكثير مما يمكن ضخه في بئر رأسي به أقدام أقل بكثير من منطقة الإنتاج المكشوفة.

كذلك، يحدد نوع استكمال حفرة البئر عدد المرات التي يتم فيها كسر التكوين، وفي أي مواقع على طول المقطع الأفقي.

إضافةً إلى ذلك، تتكون حفرة البئر من غلاف فولاذي قياسي للقيام بوظيفة التوصيل والكمال بشكل عام، والعمل كمثبت في الحفرة. بمجرد إزالة جهاز الحفر، تستعمل شاحنة سلكية للثقب بالقرب من قاع البئر، ثم يتم ضخ سائل التصديع، ثم تقوم الشاحنة السلكية بتثبيت سدادة في البئر لإغلاق هذا القسم مؤقتا بحيث يمكن معالجة القسم التالي من حفرة البئر. ثم تضخ مرحلة أخرى، وتتكرر العملية بطول أفقي لحفرة البئر.

في أمريكا الشمالية تحفر خزانات الصخر الزيتي مثل خزانات:

علاوةً على ذلك، باكن وبارنيت و مونتني و هاينزفيل و مارسيلوس و إيجل فورد و نيوبرارا و يوتيكا، تحفر هذه الآبار بشكل أفقي مع تفاوت فترات الإنتاج.

الأفلام الوثائقية

وعلى صعيد آخر، في أبريل عام 2013، أصدر جوش فوكس جاسلاند 2، وهو ملحمة دولية تكشف عن مجموعة من الأسرار والأكاذيب والتلوث المتعلق بالتصديع المائي. وهو يتحدى تصوير صناعة الغاز للغاز الطبيعي كبديل نظيف وآمن للنفط باعتباره أسطورة، وأن الآبار المكسورة هيدروليكيا تتسرب مع مرور الوقت، وتلوث المياه والهواء، وتضر بالناس، وتعرض مناخ الأرض للخطر بغاز الميثان القوي.

وعلى صعيد آخر، في سنة 2014، أصدر سكوت كانون الفيلم الوثائقي أخلاقيات التصديع. يغطي الفيلم وجهات النظر السياسية والروحية والعلمية والطبية والمهنية حول التصديع المائي. كما أنها تبحث في الطريقة التي تصور بها صناعة الغاز التصديع المائي في إعلاناتها.

في هذا الإطار، في عام 2015، عرض الفيلم الوثائقي الكندي أرض متصدعة العرض العالمي الأول في مهرجان هوت دوكس الكندي الدولي للأفلام الوثائقية.

كذلك، عرض مدير لجنة الحفاظ على النفط والغاز في كولورادو إجراء مقابلة مع فوكس كجزء من الفيلم إذا كان بإمكانه مراجعة ما تم تضمينه من المقابلة في الفيلم النهائي لكن فوكس رفض العرض.

في هذا الإطار، عرض فيلم أمة فراك لأول مرة على تلفزيون أيه آكس إس بتمويل من مارك كوبان. يتوافق العرض الأول مع إصدار أرض الميعاد.

وفي السياق ذاته، فيلم جوش فوكس الذي عرض في عام 2010 ومرشح لجائزة الأوسكار، هو مركز لمعارضة التصديع المائي للصخر الزيتي. حيث عرض الفيلم مشاكل تلوث المياه الجوفية بالقرب من مواقع الآبار في بنسلفانيا ووايومنغ وكولورادو. وصفت مجموعة إنرجي إن ديبث، وهي مجموعة ضغط في صناعة النفط والغاز، أن حقائق الفيلم موضع شك.

إضافةً إلى ذلك، يتناول فيلم أرض الميعاد الذي عرض في سنة 2012، أعمال مات ديمون في التصديع المائي. ردت صناعة الغاز على انتقادات الفيلم للتصدع الهيدروليكي بالنشرات الإعلامية ومنشورات تويتر وفيسبوك.

وفي السياق ذاته، في يناير عام 2013، أصدر الصحفي والمخرج الأيرلندي الشمالي فيليم ماكلير فيلم وثائقي تم تمويله من قبل الجمهور بعنوان أمة فراك كرد على التصريحات التي أدلى بها فوكس في فيلم جاسلاند، مدعي أنه يخبر الحقيقة حول التصديع المائي الطبيعي.

وفي السياق ذاته، قامت شركة اكسون موبيل وشركة شيفرون وشركة كونوكو فيليبس وهم شركات تعمل في النفط، بعمل بث إعلانات خلال عامي 2011 و 2012، تصف الفوائد الاقتصادية والبيئية للغاز الطبيعي وتجادل بأن التصديع المائي آمنا.

صخر السجيل الزيتي

وعلى صعيد آخر، كثر إنتاج الغاز والنفط بشكل عام خصوصا في الآبار ذات العائد المنخفض، بسبب كثرة العاملين في مجال التصديع المائي.

وفي هذا السياق، في عام 1976، بدأت حكومة الولايات المتحدة في مشروع الغاز الصخري الشرقي، الذي يتضمن الكثير من مشاريع التصديع المائي العامة والخاصة. في نفس الوقت تلقى معهد اتحاد أبحاث صناعة الغاز الموافقة على البحث والتمويل من اللجنة الفدرالية لتنظيم الطاقة.

ومن جهة أخرى، في عام 1977، قام المهندس تيك شتاينسبرجر أحد العاملين بشركة ميتشل للطاقة، بتطبيق تقنية تكسير المياه الزلقة باستخدام كميات أكبر من كميات المياه المعتادة مع ضغط مضخة أعلى من تقنيات التصديع السابقة، في بعض الآبار في شرق تكساس وبارنيت شيل بشمال تكساس.

ومن جهة أخرى، يعود تاريخ التصديع المائي لصخر السجيل الزيتي إلى عام 1965، عندما بدأ بعض المشغلين في حقل غاز بيج ساندي في شرق كنتاكي وجنوب غرب فيرجينيا بتكسير التكوين الجيولوجي أوهايو شيل وكليفلاند شيل هيدروليكيا باستخدام فتحات صغيرة نسبيا.

وفي هذا السياق، في عام 1991، حفر أول بئر بارنيت شيل بشكل أفقي، ونفذ على نطاق أوسع بعد إثبات إمكانية استخلاص الغاز بشكل اقتصادي من آبار بارنيت العمودية.

وعلى صعيد آخر، أطلق لقب أب التصديع على جورج بي ميتشل بسبب دوره في تطبيق هذه التقنية في الصخر الزيتي.

ومن جهة أخرى، في عام 1998، أثبتت تقنية تكسير المياه الزلقة نجاحها، حيث أنتج الغاز في أول 90 يوم عمل في بئر غاز جريفين، الذي أصبح في المركز الثالث من حيث الإنتاج على جميع آبار الشركة السابقة. أدت هذه التقنية إلى استخراج الغاز بشكل أوسع اقتصاديا من آبار بارنيت شيل، ثم طبق لاحقًا على الآبار الصخرية وآبار إيجل فورد وباكين شيل.

كذلك، في عام 2013، تطبق التصديع المائي الضخم على نطاق تجاري على الصخر الزيتي في الولايات المتحدة وكندا والصين. وأصبح الكثير من الدول تخطط لاستخدام التصديع المائي.

السياسة والسياسة العامة

• يستعمل التصديع المائي في الولايات المتحدة في كل من:
• أركنساس
• كاليفورنيا
• كولورادو
• لويزيانا
• نورث داكوتا
• أوكلاهوما
• بنسلفانيا
• تكساس
• فيرجينيا

من جانب آخر، ظهرت حركة مكافحة التصديع المائي دوليا بمشاركة منظمات ودول بيئية دولية مثل فرنسا ومحليا في المناطق المتضررة مثل بالكومب في ساسكس حيث كان احتجاج بالكومب للتنقيب قيد التقدم في منتصف عام 2013.

وفي هذا الصدد، في عام 2014، اقترح عدد من المسؤولين الأوروبيين أن الكثير من الاحتجاجات الأوروبية الكبرى ضد التصديع المائي التي حققت نجاحا متباينا في ليتوانيا وأوكرانيا، قد ترعاها شركة غازبروم، وهي شركة الغاز الروسية التي تسيطر عليها الدولة. وأشارت صحيفة نيويورك تايمز إلى أن روسيا تعتبر صادراتها من الغاز الطبيعي إلى أوروبا عنصر رئيسي في نفوذها الجيوسياسي، وأن هذا السوق سوف يتضاءل إذا تم اعتماد التصديع المائي في أوروبا الشرقية، لأنه يفتح احتياطيات كبيرة من الغاز الصخري في المنطقة. أدلى المسؤولون الروس في مناسبات عديدة بتصريحات علنية معناها أن التصديع المائي يمثل مشكلة بيئية ضخمة.

من جهة ثانية، بحسب ما قاله مات بيتزاريلا، مدير الاتصالات في شركة رانج ريسورسيس، فإن الموظفين المدربين في الشرق الأوسط كان لهم قيمة كبيرة لشركة رانج ريسورسيس في ولاية بنسلفانيا، وعند التعامل مع اجتماعات البلدان الثائرة وتقديم المشورة للبلدان بشأن تقسيم المناطق والمراسيم المحلية التي تتعامل مع التصديع المائي.

كذلك، في شمال غرب بنسلفانيا، حدث إطلاق نار من سيارة مارة في موقع بئر، حيث أطلق أحدهم رصاصتين من بندقية من عيار صغير في اتجاه منصة حفر، قبل أن يصرخ بألفاظ نابية في الموقع ويهرب من المكان.

وفي السياق ذاته، كان هناك الكثير من الاحتجاجات الموجهة ضد التصديع المائي، فمثلًا، قُبِّض على عشرة أشخاص في سنة 2013 خلال مظاهرة ضد التصديع المائي بالقرب من نيو ماتاموروس بولاية أوهايو، بعد أن دخلوا بشكل غير قانوني منطقة تطوير وربطوا أنفسهم بمعدات الحفر.

ومن ناحية أخرى، أدت المعارضة ضد انشطة التصديع المائي في البلدان المحلية في الولايات المتحدة إلى تبني الشركات مجموعة متنوعة من تدابير العلاقات العامة لتطمئن الجمهور، بما في ذلك توظيف أفراد عسكريين سابقين مع تدريبهم على عمليات الحرب النفسية.

كذلك، في مقاطعة واشنطن بولاية بنسلفانيا، عثر مقاول يعمل في خط أنابيب غاز على قنبلة أنبوبية وضعت في المقرر الذي يتم فيه إنشاء خط أنابيب، والتي قالت عنها السلطات المحلية إنها كانت ستسبب كارثة لو لم يتم اكتشافها.

معالجة

وعلى صعيد آخر، بحسب وكالة حماية البيئة الأمريكية، فإن التصديع المائي هو عملية لتحفيز الغاز الطبيعي أو الزيت أو البئر الحراري الأرضي لتعظيم الاستخراج. وتحدد وكالة حماية البيئة العملية الأوسع نطاقا لتشمل الحصول على مصدر المياه، وبناء الآبار وتحفيزها، والتخلص من النفايات.

أنواع السوائل النموذجية هي

في هذا الإطار، جل زيت فوسفات الألومنيوم، تخلط زيوت فوسفات الألومنيوم وزيوت الإستر لتشكيل هلام متقاطع. وهذه واحدة من أولى أنظمة التبلور المعروفة.

ومن ناحية أخرى، سوائل البورات المتشابكة، هي سوائل أساسها الغوار مرتبطة مع أيونات البورون. تتمتع هذه المواد الهلامية بلزوجة أعلى عند الرقم الهيدروجيني 9 فما فوق وتستعمل لنقل مادة الدعم. بعد عملية التصديع يقل الأس الهيدروجيني إلى 3 أو 4 بحيث يتم كسر الروابط المتقاطعة ويكون الجل أقل لزوجة ويمكن ضخه للخارج.

من جهة ثانية، الغوار ومشتقاته مثل هيدروكسي بروبيل غوار وكربوكسي ميثيل هيدروكسي.

إضافةً إلى ذلك، غالبا ما تستعمل معدلات الأس الهيدروجيني لتفكيك الوصلة المتقاطعة في نهاية مهمة التصديع المائي، بسبب أن العديد منها يحتاج إلى نظام عازل للأس الهيدروجيني لإبقائه لزجا.

وعلى صعيد آخر، تتطور التكنولوجيا الجديدة باستمرار للتعامل بشكل أفضل مع مياه الصرف وتحسين إمكانية إعادة استخدامها.

من جهة ثانية، بمجرد ضخ مادة الدعم لأسفل مع هلام متقاطع، تنتهي عملية التصديع، بسبب آلية التشابك غير القابلة للانعكاس. تكسر المواد الهلامية باستخدام قواطع مناسبة.

في هذا الإطار، مواد هلامية خطية تقليدية، عبارة عن مشتقات من السليلوز مثل كاربوكسي ميثيل السليلوز وهيدروكسي إيثيل السليلوز وكربوكسي ميثيل هيدروكسي إيثيل السليلوز وهيدروكسي بروبيل السليلوز.

مختلطات مواد كيميائية أخرى.

في هذا الإطار، السوائل العضوية المعدنية المتشابكة مثل الزركونيوم والكروم والأنتيمون وأملاح التيتانيوم، تحتوي على المواد الهلامية التي تحتوي على غوار.

ومن جهة أخرى، في نهاية يتم شطف البئر بالماء تحت الضغط وأحيانا يمزج الماء مع مادة كيميائية لتقلل من عملية الاحتكاك. تسترد بعض السوائل المحقونة وليس كلها. يدار بعد هذا السائل التحكم في الحقن تحت الأرض والمعالجة والتفريغ وإعادة التدوير والتخزين المؤقت في الحفر أو الحاويات.

في هذا الإطار، سوائل المياه الزلقة، التي تساعد على ضمان عدم غمر البئر بمادة دعم، بسبب عمليات تخفيض المسح المؤقتة التي تتركز في مادة الدعم. مع استمرار عملية التصديع، تضاف أحيانا عوامل لتقليل اللزوجة مثل المؤكسدات ومكسرات الإنزيم إلى سائل التصديع لإلغاء تنشيط عوامل التبلور والمساعدة على التدفق. تتفاعل هذه المؤكسدات مع الهلام وتفككه، مما يقلل من لزوجة السائل وضمان عدم سحب مادة حشو الدعم من التكوين. يعمل الإنزيم كمحفز لتكسير الهلام.

تطبيقات القرن العشرين

كذلك، أوبري ماكليندون رجل أعمال أمريكي ورائد في أعمال التصديع المائي، ولد في 14 يوليو عام 1959 في أوكلاهوما سيتي بالولايات المتحدة الأمريكية.

من جهة ثانية، توم ل. وارد رجل أعمال أمريكي ولد في 1959 في سيلينغ في الولايات المتحدة الأمريكية.

كذلك، جورج بي ميتشيل رجل أعمال أمريكي ولد في 21 مايو 1919 في غالفستون في الولايات المتحدة، وتوفي في 26 يوليو 2013 في تكساس في الولايات المتحدة.

في هذا الإطار، هارولد هام رجل أعمال أمريكي ورائد في أعمال التصديع المائي، ولد في 11 ديسمبر 1945 في ليكسينغتون في الولايات المتحدة.

علاوةً على ذلك، هناك عدة أشخاص رائدين في ابتكارات التصديع المائي في تطبيقات عملية منهم:

قضايا البحث

وعلى صعيد آخر، عادة ما يكون مصدر تمويل الدراسات البحثية نقطة محورية للجدل. هناك بعض المخاوف التي أثرت في الأبحاث التي تمولها المؤسسات والشركات، أو المجموعات البيئية والتي يمكن أن تؤدي في بعض الأحيان إلى ظهور دراسات غير موثوقة على الأقل. أفادت الكثير من المنظمات والباحثين والمنافذ الإعلامية بوجود صعوبة في إجراء وتقديم تقارير عن نتائج الدراسات حول التصديع المائي، بسبب الصناعة والضغط الحكومي، وأعربوا عن قلقهم من احتمال فرض رقابة على التقارير البيئية. جادل البعض بأن هناك حاجة لمزيد من البحث في الآثار البيئية والصحية لهذه التقنية.

يوتيوب

نبذة عن التصديع المائي.

عملية التصديع المائي.

وست فرجينيا

• وبينما تستعد ولايات أخري أن تستعمل التصديع المائي مثل:
• ألاباما
• إنديانا
• ميشيغان
• ميسيسيبي
• نيوجيرسي
• نيويورك

سوائل التصديع

ومن ناحية أخرى، تعمل عوامل التبلور القابلة للذوبان في الماء على زيادة اللزوجة وتوصيل مادة حشو الدعم بكفاءة في التكوين.

ومن ناحية أخرى، في بعض التكوينات عندما يكون الضغط كبيرا بما يكفي لسحق حبيبات رمل السيليكا الطبيعي، يمكن استخدام مواد دعم عالية القوة مثل البوكسيت أو السيراميك.

السوائل اللزجة

تشمل الخصائص المادية الهامة على:

كذلك، تطورت وسائل التصديع باستخدام غاز البترول المسال والبروبان حيث أصبحت الماء غير ضرورية.

من جهة ثانية، تتمثل الأغراض الرئيسية لسائل التصديع في تمديد الكسور، وإضافة التزييت وتغيير قوة الهلام وحمل مادة الدعم في التكوين.

وفي هذا السياق، أكثر المواد الداعمة انتشارا هي رمل السيليكا، على الرغم من اعتقاد البعض أن الدعامات ذات الحجم والشكل الموحد، مثل الدعامة الخزفية تكون أكثر فعالية.

يمكن أن يكون السائل عبارة عن هلام أو رغوة أو ماء زلق.

ومن ناحية أخرى، يختلف مائع التصديع على حسب نوع التصديع المرغوب فيه، وظروف الآبار المحددة التي يتم تكسيرها، وخصائص المياه.

إضافةً إلى ذلك، يعتمد اختيار مادة الدعم على نوع النفاذية أو قوة الحبوب المطلوبة.

وفي هذا السياق، تنتقل مادة الدعم في المائع بطريقتين اما بمعدل عالي السرعة أو بلزوجة عالية. حيث يميل التصديع عالي اللزوجة إلى حدوث كسور سائدة كبيرة، بينما يؤدي التصديع عالي السرعة إلى حدوث كسور دقيقة صغيرة منتشرة.

كذلك، مادة الدعم هي مادة حبيبية تمنع الكسور الناتجة من الانغلاق بعد معالجة التصديع. تتكون أنواع مادة الدعم من رمل السيليكا والرمل المطلي بالراتنج والبوكسيت والسيراميك.

وعلى صعيد آخر، السائل يكون عبارة عن 90% ماء، و9.5% رمل، 0.5 % إضافات كيميائية.

من جانب آخر، في أغلب الأحيان يكون السائل عبارة عن ملاط من الماء ومواد حشو دعمي ومواد كيميائية مضافة. حيث يمكن حقن المواد الهلامية والرغاوي والغازات المضغوطة، بما في ذلك النيتروجين وثاني أكسيد الكربون والهواء.

إضافةً إلى ذلك، تكون خيارات الموائع عبارة عن مقايضات، حيث أن السوائل الأكثر لزوجة مثل المواد الهلامية، تكون أفضل من مادة الدعم. بينما تسمح السوائل الأقل لزوجة وأقل احتكاك من المياه الزلقة، بضخ السوائل بمعدلات أعلى لإنشاء كسور بعيدا عن جوف البئر.

كسر هائل

وفي السياق ذاته، حتى أواخر الثمانينيات من القرن الماضي لم تكن تحفر آبار النفط أو الغاز بطريقة أفقية، لاحقًا بدأ العاملون في التصديع المائي بتكساس وفي أوستن تشالك بحفر آلاف من آبار النفط بطريقة أفقية، والقيام بمعالجات التصديع المائي الضخمة للمياه الزلقة في حفر الآبار.

كذلك، في أواخر السبعينيات من القرن الماضي انتشر التصديع المائي الضخم في غرب كندا، وفي حقول الغاز البرية والبحرية بألمانيا وهولندا، وفي بحر الشمال بالمملكة المتحدة.

في هذا الإطار، أدرك الجيولوجيون الأمريكيون أن هناك كميات هائلة من الأحجار الرملية المشبعة بالغاز مع نفاذية منخفضة تمكن الولايات المتحدة الأمريكية من استعادة الغاز اقتصاديا.

ومن جهة أخرى، استعمل التصديع المائي الضخم في آلاف من آبار الغاز في حوض سان خوان وحوض دنفر وحوض بيكانس وحوض النهر الأخضر وفي التكوينات الصخرية الصلبة الأخرى لأول مرة في غرب الولايات المتحدة في سنة 1973.

من جانب آخر، أثبتت طريقة حفر الآبار الأفقية ان هذه الطريقة أكثر فاعلية من الآبار الرأسية في إنتاج النفط من الطباشير الضيق. عادة ما تكون الطبقات الرسوبية أفقية على وجه التقريب، لذا فإن الآبار الأفقية بها مناطق تلامس أكبر بكثير مع التكوين المستهدف.

وفي هذا السياق، أصبحت بعض آبار الحجر الرملي الضيقة مثل كلينتون وميدينا ساندستون في أوهايو وبنسلفانيا ونيويورك وفالي ساندستون في تكساس ولويزيانا بالولايات المتحدة الأمريكية مجدية اقتصاديا بسبب التصديع المائي الضخم.

كذلك، في منتصف التسعينيات من القرن الماضي، كثرت عمليات التصديع المائي بدرجة كبيرة بسبب التقدم التكنولوجي والزيادة في أسعار النفط والغاز الطبيعي، مما جعل تقنية التصديع المائي مجدية اقتصاديا.

ومن جهة أخرى، في سنة 1968، طبقت طريقة التصديع المائي الضخم في مقاطعة ستيفنز بأوكلاهوما في الولايات المتحدة الأمريكية من قبل شركة بان أمريكان بتروليوم. يختلف تعريف التصديع المائي الضخم بين الشركات، ولكنه يشير عموما إلى العلاجات التي تحقن أكثر من 150 طن، أو ما يقرب من 300,000 رطل من مادة الدعم.

أوهايو

في هذا الإطار، حظرت ماريلاند وفيرمونت استخدام التصديع المائي بشكل دائم، وفرضت نيويورك وكارولينا الشمالية حظرا مؤقتا. لدى نيوجيرسي في الوقت الحالي مشروع قانون أمام الهيئة التشريعية لتمديد وقف للتكسير الهيدروليكي إلى عام 2012. على الرغم من رفع وقف التصديع المائي مؤخرا في المملكة المتحدة، إلا أن الحكومة تتقدم بحذر بسبب المخاوف بشأن الزلازل والتأثير البيئي للحفر. التصديع المائي محظور في الوقت الحالي في فرنسا وبلغاريا.

كذلك، في ديسمبر عام 2016، أصدرت وكالة حماية البيئة أن المياه المستعملة في التصديع المائي للنفط والغاز، تأثر على موارد مياه الشرب في الولايات المتحدة. ووجدت وكالة حماية البيئة دليلا علميا على أن أنشطة التصديع المائي يمكن أن تؤثر على موارد مياه الشرب.

ميكانيكا

وفي السياق ذاته، عملية الكبح هي عملية ذات أهمية كبيرة وخاصة في التصديع المائي وتتطلب جدران كسر للتحرك ضد الضغط.

في هذا الإطار، تتوجه الكسور المتكونة بهذه الطريقة بشكل عام في مستوى عمودي على الحد الأدنى من الضغط الأساسي، لذا يمكن استخدام الكسور الهيدروليكية في تجاويف الآبار لتحديد اتجاه الضغوط. في الأمثلة الطبيعية، مثل السدود أو الكسور المملوءة بالوريد، يمكن استخدام الاتجاهات لاستنتاج حالات الإجهاد السابقة.

وعلى صعيد آخر، لا يحدث التصدع إلا عندما يتغلب التصديع المائي على الإجهاد الفعال بضغط السوائل داخل الصخور. ويصبح الحد الأدنى من الضغط الأساسي شد ويتجاوز مقاومة الشد للمادة السائلة.

الانتقادات

• انظر كذلك
• نفط رملي
• غاز الأردواز
• تعدين هيدرولي
• مصادر

من جهة ثانية، اتهم ناشطون التقنية بالتسبب في تلويث المياه الجوفية العميقة التي عادة ما تستعمل للشرب لنقائها.

المخاطر الصحية

حيث جاء في الملخص التنفيذي للتقرير ما يلي:

وفي هذا السياق، في دراسة أجريت عام 2017، ونشرت في المجلة الاقتصادية الأمريكية، وجد أن منصات الآبار الإضافية التي حفرت في نطاق كيلومتر واحد من مدخول شبكة المياه المجتمعية تزيد من الملوثات المرتبطة بالغاز الصخري في مياه الشرب.

من جهة ثانية، تظهر الإحصاءات التي جمعتها وزارة العمل الأمريكية وحللتها المراكز الأمريكية لمكافحة الأمراض والوقاية منها ارتباطا بين نشاط الحفر وعدد الإصابات المهنية المتعلقة بالحفر وحوادث السيارات والانفجارات والسقوط والحرائق. حتى أن عمال الاستخراج معرضون لخطر الإصابة بأمراض الرئة، بما في ذلك سرطان الرئة و السحار السيليسي الذي ينتج عن طريق التعرض لغبار السيليكا الناتج عن حفر الصخور والتعامل مع الرمال. قال المعهد الوطني الأمريكي للسلامة والصحة المهنية أن التعرض للسيليكا المحمولة جوا يسبب أخطار صحية على العمال الذين يقومون ببعض عمليات التصديع المائي. في يونيو 2012، أصدر المعهد الوطني الأمريكي للسلامة والصحة المهنية و إدارة السلامة والصحة المهنية تنبيها مشتركا للمخاطر حول هذا الموضوع.

ومن ناحية أخرى، أفاد تقرير آخر أعدته المجلة الطبية الكندية أن بعد البحث حددوا 55 عاملا تم إصابتهم بالسرطان، بما في ذلك 20 عامل تمت إصابتهم بسرطان الدم والورم الليمفاوي. يحذر تحليل ييل للصحة العامة من أن ملايين الأشخاص الذين يعيشون على بعد ميل من تكسير الآبار ربما يتعرضوا لهذه المواد الكيميائية.

وفي هذا الصدد، حدد تقرير عام 2012 الذي تم إعداده للمديرية العامة للاتحاد الأوروبي للبيئة المخاطر المحتملة على البشر من تلوث الهواء وتلوث المياه الجوفية التي يسببها التصديع المائي. أدى ذلك إلى سلسلة من التوصيات في سنة 2014 للتخفيف من هذه المخاوف. حيث قالت توجيهات عام 2012 لممرضات الأطفال في الولايات المتحدة إن التصديع المائي له تأثير سلبي محتمل على الصحة العامة، وأن ممرضات الأطفال يجب أن يكونوا مستعدين لجمع المعلومات حول مثل هذه الموضوعات من أجل الدعوة إلى تحسين صحة المجتمع.

وفي هذا السياق، تشير أغلب الأدلة إلى أن حدوث تلوث في المياه الجوفية، قد يكون ناتجا عن التسرب عبر البئر الرأسي. وليس نتيجة عملية التصديع المائي تحت الأرض نفسها. ومع ذلك يؤثر الانسكاب السطحي لسوائل التصديع المائي أو مياه الصرف الصحي على المياه الجوفية، كما أن للانبعاثات في الهواء تؤثر على الصحة. وحيثما تم تحديد المخاطر المحتملة في الأدبيات، فإن المشاكل المبلغ عنها عادة ما تكون نتيجة لفشل التشغيل وضعف البيئة التنظيمية.

وفي السياق ذاته، فضلًا عن ذلك، تتعرض القوى العاملة في الاستخراج لخطر متزايد عند التعرض للإشعاع، الذي يستعمل في انشطة التصديع في الصخور التي تحتوي على مادة مشعة طبيعية، مثل الرادون والثوريوم واليورانيوم.

وفي هذا السياق، في مراجعة لعام 2013 وجد أن إنتاج الغاز الصخري في الولايات المتحدة، في تزايد مستمر في أعداد مواقع الحفر، ويتعرض المزيد من الأشخاص لخطر الحوادث والتعرض للمواد الضارة المستعملة في الآبار الذي يستعمل فيها التصديع المائي. أوصى تقييم المخاطر لعام 2011 بالكشف الكامل عن المواد الكيميائية المستعملة في التصديع والحفر الهيدروليكي لأن العديد منها له آثار صحية فورية، وقد يكون للعديد منها آثار صحية طويلة المدى.

في هذا الإطار، في يونيو عام 2014، نشرت هيئة الصحة العامة في إنجلترا مراجعة للتأثيرات المحتملة على الصحة العامة للتعرض للملوثات الكيميائية والمشعة نتيجة استخراج الغاز الصخري في المملكة المتحدة، بناء على فحص الأدبيات والبيانات من البلدان التي يحدث فيها التصديع المائي بالفعل.

ومن جهة أخرى، يوجد قلق بسبب الآثار السلبية المحتملة التي يمكن أن تحدث تغيرات على الصحة العامة نتيجة لنشاط التصديع المائي.

وعلى صعيد آخر، يشير تقييم الأدلة المتاحة في الوقت الحالي إلى أن المخاطر المحتملة على الصحة العامة من التعرض للانبعاثات المرتبطة باستخراج الغاز الصخري ستكون منخفضة إذا تم تشغيل العمليات وتنظيمها بشكل صحيح.

النشأة

وفي هذا الصدد، ظهرت هذه التقنية أول مرة سنة 1947م إلا أنها لم تتطور إلى وضعها الحالي إلا متأخرا فبدأ ينتشر استخدامها منذ 1998م.

لوائح وقوانين

كذلك، نفذت الدول التي تستعمل أو تفكر في استخدام التصديع المائي لوائح مختلفة، بما في ذلك تطوير التشريعات الفيدرالية والإقليمية، وقيود تقسيم المناطق المحلية.

ومن جهة أخرى، تبنى الاتحاد الأوروبي توصية بشأن الحد الأدنى من المبادئ لاستخدام حجم كبير من التصديع المائي. يتطلب التصديع المائي التنظيمي الكشف الكامل عن جميع المواد المضافة.

وفي السياق ذاته، في سنة 2012، أصبحت ولاية فيرمونت أول ولاية في الولايات المتحدة تحظر التصديع المائي. في 17 ديسمبر عام 2014، أصبحت نيويورك الدولة الثانية التي تصدر حظرا كاملا على أي تكسير هيدروليكي بسبب المخاطر المحتملة على صحة الإنسان والبيئة.

وعلى صعيد آخر، التصديع المائي مستثنى من لائحة التحكم بالحقن تحت الأرض لقانون مياه الشرب الآمنة، إلا عند استخدام وقود الديزل. تضمن وكالة حماية البيئة مراقبة إصدار تصاريح الحفر عند استخدام وقود الديزل.

وفي السياق ذاته، في الصين لا يزال تنظيم الغاز الصخري يواجه عقبات، حيث أن له علاقات متبادلة معقدة مع الأنظمة التنظيمية الأخرى وخاصة التجارة. حظرت الكثير من الولايات الأسترالية التصديع الدائم أو المؤقت للهيدروكربونات.

في عام 2019، حظر التصديع المائي في المملكة المتحدة.

من جانب آخر، في عام 2011، بعد مساوئ استخدام التصديع المائي أصبحت فرنسا أول دولة تحظر التصديع المائي، بناء على المبدأ الوقائي فضلًا عن مبدأ الإجراءات الوقائية والتصحيحية للمخاطر البيئية. تم تأييد الحظر بموجب حكم صدر في أكتوبر عام 2013 عن المجلس الدستوري. بعض البلدان الأخرى مثل اسكتلندا وضعت وقفا مؤقتا على هذه الممارسة بسبب مخاوف الصحة العامة والمعارضة العامة القوية.

ومن ناحية أخرى، أطلق مجلس حماية المياه الجوفية في الولايات المتحدة السجل الوطني للكشف عن المواد الكيميائية للتكسير الهيدروليكي. وهي قاعدة بيانات إفشاء طوعي عبر الإنترنت لسوائل التصديع المائي بتمويل من مجموعات تجارة النفط والغاز ووزارة الطاقة الأمريكية.

وفي هذا الصدد، رفعت دول مثل إنجلترا وجنوب إفريقيا الحظر، واختارت التركيز على التنظيم بدلا من الحظر الصريح. أعلنت ألمانيا عن مسودة لوائح تسمح باستخدام التصديع المائي لاستغلال رواسب الغاز الصخري باستثناء مناطق الأراضي الرطبة.

أنواع الآبار

يمكن استخدام التصديع المائي منخفض الحجم لاستعادة النفاذية.

وفي هذا الصدد، يقوم الحفر على سد مساحات المسام في جدار حفرة البئر، مما يقلل من النفاذية في حفرة البئر وبالقرب منها. حيث أن قلة النفاذية تقلل من تدفق البئر من التكوين الصخري المحيط، ويغلق جزئيا البئر من الصخور المحيطة.

وعلى صعيد آخر، يمكن التمييز بين التصديع المائي التقليدي منخفض الحجم، والذي يستعمل لتحفيز الخزانات عالية النفاذية لبئر واحد، والتصديع المائي غير التقليدي عالي الحجم المستعمل في استكمال الغاز المحكم وآبار الغاز الصخري. يتطلب التصديع المائي ذو الحجم الكبير ضغوطا أعلى من التصديع منخفض الحجم، فإن التصديع المائي ذو الحجم الكبير يتطلب ضغوط أعلى لدفع كميات أكبر من السوائل ومواد الدعم التي تمتد بعيدا عن البئر.

وفي هذا الصدد، يشتمل الحفر الأفقي على حفر الآبار الذي بها ثقوب طرفية مكتملة باعتباره يمتد بالتوازي مع طبقة الصخور التي تحتوي على المادة المراد استخراجها. فمثلًا، في حوض بارنيت شيل في تكساس تمتد الجوانب الجانبية من 460 إلى 1520 متر، وفي تشكيل باكن في نورث داكوتا تمتد إلى 3000 متر. على عكس الآبار الرأسية، فلا يصل البئر الرأسي إلا إلى سمك الطبقة الصخرية، ويكون من 15 إلى 91 متر.

ومن ناحية أخرى، يقلل الحفر الأفقي من الاضطرابات السطحية حيث يتطلب الأمر عددا أقل من الآبار للوصول إلى نفس الحجم من الصخور.

مراقبة الكسر

ومن جهة أخرى، تستعمل أجهزة التتبع الراديوي مثل Tc-99m و I-131 لقياس معدلات التدفق. تنشر هيئة التنظيم النووي مبادئ توجيهية تسرد مجموعة واسعة من المواد المشعة في أشكال صلبة وسائلة وغازية يمكن استخدامها كمقتفعات وتحدد الكمية التي يمكن استخدامها لكل حقنة ولكل بئر في كل المواد المشعة.

من جهة ثانية، كابلات الألياف الضوئية خارج الغلاف، هي تقنية جديدة في مراقبة الآبار. حيث يمكن قياس درجة حرارة كل قدم على طول البئر حتى أثناء تكسير الآبار وضخها عن طريق استخدام الألياف الضوئية. من خلال مراقبة درجة حرارة البئر، يمكن للمهندسين تحديد كمية مائع التصديع المائي للأجزاء المختلفة من استخدام البئر إلى جانب كمية الغاز الطبيعي أو الزيت التي يجمعونها أثناء عملية التصديع المائي ووقت إنتاج البئر.

ومن جهة أخرى، يستعمل حقن المواد المشعة مع سائل التصديع لتحديد ملف الحقن وموقع الكسور التي تم إنشاؤها. تختار أجهزة التتبع الإشعاعي بحيث يكون لديها إشعاع يمكن اكتشافه بسهولة، و خصائص كيميائية مناسبة، ونصف عمر ومستوى سمية يقلل من التلوث الأولى والمتبقي. يمكن كذلك حقن النظائر المشعة الملتصقة كيميائيا بالزجاج و الرمل أو حبيبات الراتنج لتتبع الكسور. مثلًا، يمكن إضافة الحبيبات البلاستيكية المطلية بـ 10 جيجا بايت من الفضة إلى مادة الدعم، بحيث يمكن مراقبة تقدم مادة الدعم.

وفي هذا السياق، أبسط الطرق لمراقبة معالجة التصدع الهيدروليكي وأكثرها انتشارا، هي طريقة قياسات الضغط والمعدل أثناء نمو الكسر الهيدروليكي، مع معرفة خصائص المائع وحقن مادة الدعم التي يتم حقنها في البئر، بالإضافة إلي معرفة الجيولوجيا الجوفية لنمذجة المعلومات مثل الطول والعرض والتوصيل للكسر المدعوم.

السلائف

وفي هذا الصدد، في ستينيات القرن التاسع عشر، بدأت أول عملية تكسير لتحفيز آبار النفط الصخري الضحلة، عن طريق استخدام الديناميت أو النيتروجليسرين في التفجيرات لزيادة إنتاج النفط والغاز الطبيعي من التكوينات الحاملة للبترول.

إضافةً إلى ذلك، لا تنغلق الكسور الذي أنشئت عن طريق الحفر الحمضي تماما، مما يؤدي إلى زيادة الإنتاج.

علاوةً على ذلك، في سنة 1865، تلقى الكولونيل إدوارد أ.ل.روبرتس المحارب المخضرم براءة اختراع لطوربيد متفجر في الحرب الأهلية الأمريكية، حيث استعمل الطوربيد في ولاية بنسلفانيا ونيويورك وكنتاكي وويست فرجينيا، عن طريق استخدام سائل النيتروجليسرين المنصهر. في الثلاثينيات طبقت نفس الطريقة على آبار المياه والغاز، مع تحفيز الآبار بالحمض بدلا من السوائل المتفجرة.

السدود

ومن ناحية أخرى، تتكاثر التدخلات الطفيفة في الجزء العلوي من القشرة وتكون شقوق مملوءة بالسوائل مثل السدود. في مثل هذه الحالات يكون السائل هو المادة المنصهرة. في الصخور الرسوبية ذات المحتوى المائي الكبير، يتكون بخار ناتج عن السائل عند طرف الكسر.

التاريخ

الانتشار

إضافةً إلى ذلك، بدأ استخدام هذه التقنية في الولايات المتحدة الأمريكية وشرعت إنجلترا في تطبيقه سنة 2012م قرابة سواحل مدينة ليفربول.

الآثار الصحية على البشر

علاوةً على ذلك، هناك حاجة إلى قرابة 8.9 فدان من الأرض لكل وسادة حفر للتركيبات السطحية. تعمل وسادة الآبار وبناء الهياكل الداعمة على تجزئة المناظر الطبيعية إلى حدّ كبير مما قد يكون له آثار سلبية على الحياة البرية. وهذه المواقع تحتاج إلى إصلاح بعد نفاد الآبار. تشير الأبحاث إلى أن التأثيرات على تكاليف خدمات النظام البيئي قد تكون وصلت إلى أكثر من 250 مليون دولار سنويا في الولايات المتحدة، حيث تحتاج كل وسادة بئر أثناء عملية التصديع التحضيري والهيدروليكي إلى نحو من 800 إلى 2500 يوم من النشاط الصاخب، مما يؤثر على كل من السكان والحياة البرية المحلية.

في هذا الإطار، على الرغم من أن الهزات المنسوبة إلى حقن السوائل في الآبار كانت كبيرة بما يكفي ليشعر بها الناس في كثير من الأحيان، وتسببت في أضرار الممتلكات وربما إصابات.

وفي هذا الصدد، في عام 2017، يستمد 37٪ من استهلاك الطاقة السنوي في الولايات المتحدة من البترول، و 29٪ من الغاز الطبيعي، و 14٪ من الفحم، و 9٪ من المصادر النووية، مع 11٪ فقط من مصادر الطاقة المتجددة، مثل طاقة الرياح والطاقة الشمسية.

من جانب آخر، فضلًا عن ذلك، تنشأ الضوضاء بسبب حركة الشاحنات المستمرة اللازمة في التصديع المائي. يجري الآن بحث لتحديد ما إذا كانت صحة الإنسان قد تأثرت بتلوث الهواء والماء، ويلزم اتباع إجراءات وتنظيم السلامة الصارمة لتجنب الضرر وإدارة مخاطر الحوادث التي يمكن أن تسبب الضرر.

إضافةً إلى ذلك، تدار المياه المنتجة عن طريق الحقن تحت الأرض، ومعالجة مياه الصرف الصحي البلدية والتجارية وتصريفها، والأنظمة القائمة بذاتها في مواقع أو حقول الآبار، وإعادة التدوير لتكسير الآبار المستقبلية. عادة ما يسترد أقل من نصف الماء المنتج المستعمل في تكسير التكوين.

من جانب آخر، الفهم الأفضل لجيولوجيا المنطقة التي يتم تكسيرها واستخدامها في آبار الحقن مفيدا جدا في التخفيف من احتمالية حدوث أحداث زلزالية كبيرة.

في هذا الإطار، في يوليو عام 2013، أعربت إدارة السكك الحديدية الفيدرالية الأمريكية أن التلوث النفطي بواسطة كيماويات التصديع المائي يسبب التآكل في عربات صهاريج النفط.

في هذا الإطار، على الرغم من هذه المخاوف الصحية والجهود المبذولة لفرض حظر على التصديع المائي حتى يتم فهم آثاره البيئية والصحية بشكل أفضل، تواصل الولايات المتحدة الاعتماد بدرجة كبيرة على طاقة الوقود الأحفوري.

وفي هذا السياق، تستعمل الأحداث الزلزالية الدقيقة لرسم خريطة المدى الأفقي والرأسي للتصدع.

في هذا الإطار، يحصل الناس على مياه الشرب إما من المياه السطحية التي تشمل الأنهار والخزانات، أو طبقات المياه الجوفية، التي يتم الوصول إليها عن طريق الآبار العامة أو الخاصة. هناك مجموعة من الحالات الموثقة التي تتسبب في تلوث المياه الجوفية القريبة من انشطة التصديع، مما يتطلب من السكان الذين لديهم آبار خاصة الحصول على مصادر خارجية للمياه للشرب والاستخدام اليومي.

من جانب آخر، يتطلب متوسط البئر من 3 إلى 8 ملايين جالون أمريكي من المياه على مدار حياته.

ومن ناحية أخرى، بحسب معهد أكسفورد لدراسات الطاقة، فإن الآبار في أوروبا تتطلب كميات أكبر من سوائل التصديع، حيث يبلغ متوسط أعماق الصخر الزيتي 1.5 مرة أكثر من الولايات المتحدة. قد تتلوث المياه السطحية من خلال الانسكاب وحفر النفايات التي تم بناؤها وصيانتها بشكل غير صحيح، ويمكن أن تتلوث المياه الجوفية إذا كان السائل قادرا على الهروب من التكوين المتكسر مثل الآبار المهجورة والكسور والأعطال أو عن طريق المياه المنتجة مثل السوائل العائدة والتي تحتوي على مكونات مذابة مثل المعادن والمياه المالحة. يحتمل تلوث المياه الجوفية من المحلول الملحي وتكسير السوائل من خلال الآبار القديمة المهجورة.

علاوةً على ذلك، انبعاثات الهواء هي في الأساس غاز الميثان الذي يتسرب من الآبار، إلى جانب الانبعاثات الصناعية من المعدات المستعملة في عملية الاستخراج.

وفي السياق ذاته، يستعمل التصديع المائي ما بين 1.2 و 3.5 مليون جالون أمريكي من المياه لكل بئر، مع المشاريع الكبيرة تستعمل ما يصل إلى 5 ملايين جالون أمريكي من المياه. عندما تنكسر الآبار تستعمل مياه إضافية.

وفي هذا الصدد، أفاد مسح جيولوجي أمريكي أن ما يصل إلى 7.9 مليون شخص في عدة ولايات لديهم مخاطر زلزال مماثلة مثل تلك التي في كاليفورنيا، مع التصديع المائي والممارسات المماثلة كعامل رئيسي مساهم.

ومن ناحية أخرى، تتطلب اللوائح الحديثة في المملكة المتحدة والاتحاد الأوروبي عدم وجود انبعاثات ناتجه من غاز الميثان، وهو أحد غازات الدفيئة القوية. التخلي عن غاز الميثان مشكلة كبيرة في الآبار القديمة التي بنيت بموجب تشريعات الاتحاد الأوروبي.

كذلك، احيانا يربط التصديع المائي بالزلازل أو الزلازل المستحثة. وعادة ما يكون حجم هذه الأحداث صغيرا جدا بحيث لا يمكن اكتشافه على السطح،

طريقة المعالجة

وفي هذا الصدد، يتحكم العاملين في موقع كسر واحد أو أكثر على طول البئر بشكل صارم من خلال طرق مختلفة تخلق أو تسد الثقوب في جانب حفرة البئر. يجري التصديع المائي في فتحات الآبار المغلفة، ثم الوصول إلى المناطق المراد كسرها عن طريق ثقب الغلاف في تلك المواقع.

وفي السياق ذاته، تتشقق الصخور ويتخلل سائل كسر الصخور ممتدا إلى الشق أكثر وأكثر، وهكذا. تحدد الكسور حيث ينخفض الضغط بمعدل فقد الاحتكاك الذي يتناسب مع المسافة من البئر.

وفي هذا السياق، الكسر المسند نافذ بما يكفي للسماح بتدفق الغاز والزيت والمياه المالحة وسوائل التصديع المائي إلى البئر.

من جهة ثانية، قوة مادة الدعم والوقاية لها أهمية كبيرة في الأعماق الأكبر حيث يكون الضغط على الكسور أعلى.

علاوةً على ذلك، أثناء العملية يحدث فقدان مائع التصديع من قناة الكسر إلى الصخور القابلة للنفاذ المحيطة، إذا لم يتم التحكم فيه يمكن أن يتجاوز 70٪ من حجم الحقن. وقد يؤدي هذا إلى تلف مصفوفة التكوين وتفاعل سوائل التكوين العكسي وهندسة الكسر المتغيرة، وبالتالي تقليل الكفاءة.

إضافةً إلى ذلك، يتكون الكسر الهيدروليكي عن طريق ضخ مائع التصديع في حفرة البئر بمعدل كافي لزيادة الضغط عند العمق المستهدف، الذي يحدد من خلال موقع ثقوب غلاف البئر، بحيث يتجاوز انحدار الكسر للصخر. يعرف تدرج الكسر على أنه زيادة في الضغط لكل وحدة عمق بالنسبة للكثافة، وعادة ما يقاس بالجنيه لكل بوصة مربعة أو لكل قدم مربع أو قضبان.

ومن ناحية أخرى، تتكون معدات التصديع المائي المستعملة في حقول النفط والغاز الطبيعي من الملاط ومضخة أو أكثر من مضخات التصديع عالية الضغط وعالية الحجم ووحدة مراقبة. تشمل المعدات المصاحبة خزانات التصديع، ووحدة أو أكثر لتخزين ومعالجة مادة الدعم، وحديد معالجة عالي الضغط، ووحدة مضافة كيميائية تستعمل لمراقبة الإضافة الكيميائية بدقة، وخراطيم مرنة منخفضة الضغط، والكثير من المقاييس ومتر لقياس معدل التدفق وكثافة السوائل وضغط المعالجة.

وفي هذا الصدد، المضافات الكيميائية في الغالب تكون 0.5٪ من حجم السائل الكلي. تعمل معدات التصديع على نطاق من الضغوط ومعدلات الحقن، ويمكن أن تصل إلى 15,000 رطل لكل بوصة مربعة و 265 لترا في الثانية ما يعادل 100 برميل في الدقيقة الواحدة.

ومن جهة أخرى، يحاول دائما العاملين المحافظة على عرض الكسر أو إبطاء انخفاضه بعد المعالجة، عن طريق إدخال مادة حشو دعمي في السائل المحقون، وهي مادة تشبه حبيبات الرمل أو السيراميك أو الجسيمات الأخرى، وبالتالي فهي تمنع الكسور من الانغلاق عند توقف الحقن وإزالة الضغط.

الآثار الاقتصادية

كذلك، سهلت تقنية التصديع متعدد المراحل تطوير إنتاج الغاز الصخري والنفط الخفيف المحكم في الولايات المتحدة، ويعتقد أنها تفعل ذلك في البلدان الأخرى ذات الموارد الهيدروكربونية غير التقليدية.

من جهة ثانية، تقدر إدارة معلومات الطاقة بوزارة الطاقة الأمريكية أن 45٪ من إمدادات الغاز في الولايات المتحدة ستأتي من الغاز الصخري بحلول عام 2035، مع استبدال الغالبية العظمى من الغاز التقليدي الذي يحتوي على انبعاثات أقل من غازات الاحتباس الحراري.

إضافةً إلى ذلك، تشير الغالبية العظمى من الدراسات إلى أن التصديع المائي في الولايات المتحدة كان له فائدة اقتصادية إيجابية قوية حتى الآن. تقدر مؤسسة بروكينغز أن فوائد الغاز الصخري واحدة من العوامل التي أدت إلى تحقيق فائدة اقتصادية صافية قدرها 48 مليار دولار سنويا. أغلب هذه الفوائد تكون في القطاعين الاستهلاكي والصناعي بسبب الانخفاض الكبير في أسعار الغاز الطبيعي. اقترحت دراسات أخرى أن الفوائد الاقتصادية تفوقها العوامل الخارجية.

النقاش العام

علاوةً على ذلك، الفائدة الأساسية للتكسير الهيدروليكي هي تعويض لواردات الغاز الطبيعي والنفط، حيث تخرج التكلفة المدفوعة للمنتجين من الاقتصاد المحلي. ومع ذلك، فإن النفط الصخري والغاز مدعومان بدرجة كبيرة في الولايات المتحدة، ولم يتم تغطيتها بعد تكاليف الإنتاج، مما يعني أن تكلفة التصديع المائي تدفع في ضرائب الدخل، وفي كثير من الحالات تصل إلى ضعف التكلفة المدفوعة في المضخة.

إضافةً إلى ذلك، ينظر إلى التصديع المائي على أنه إحدى الطرق الرئيسية لاستخراج النفط غير التقليدي و موارد الغاز غير التقليدية. بحسب وكالة الطاقة الدولية، تقدر الموارد المتبقية القابلة للاسترداد تقنيا من الغاز الصخري بـ 208 تريليون متر مكعب، والغاز المحكم إلى 76 تريليون متر مكعب، والميثان الذي يحتوي على الفحم إلى 47 تريليون متر مكعب. كقاعدة عامة تكون نفاذية تكوينات هذه الموارد أقل من تكوينات الغاز التقليدية. لذلك فإن الخصائص الجيولوجية للتكوين تؤدي إلى الحاجة إلى تقنيات محددة مثل التصديع المائي. على الرغم من وجود طرق أخرى لاستخراج هذه الموارد، مثل الحفر التقليدي أو الحفر الأفقي، لكن التصديع المائي هو أحد الطرق الرئيسية التي تجعل استخراج الغاز مجديا اقتصاديا.

ومن ناحية أخرى، تشير الأبحاث إلى أن آبار التصديع المائي لها تأثير سلبي على الإنتاجية الزراعية في محيط الآبار. وجدت إحدى الأبحاث أن إنتاجية المحاصيل المروية تنخفض بنسبة 5.7٪ عندما يتم حفر بئر خلال الأشهر النشطة زراعيا ضمن دائرة نصف قطرها من 11 إلى 20 كم من بلدة منتجة. ويصبح هذا التأثير أصغر وأضعف مع زيادة المسافة بين البلدة والآبار. تشير النتائج إلى أن إدخال آبار التصديع المائي في ألبرتا كلفت المقاطعة 14.8 مليون دولار في عام 2014 بسبب الانخفاض في إنتاجية المحاصيل.

التأثيرات البيئية

• تشمل التأثيرات البيئية المحتملة للتكسير الهيدروليكي على:
• انبعاثات الهواء
• تغير المناخ
• ارتفاع استهلاك المياه
• تلوث المياه الجوفية
• استخدام الأراضي
• خطر الزلازل
• التلوث الضوضائي

درجة الحموضة

إضافةً إلى ذلك، صمغ الغوار وعوامل التبلور الأخرى القابلة للذوبان في الماء، التي تزيد من لزوجة مائع التصديع لتوصيل مادة حشو الدعم في التكوين بكفاءة أكبر.

حامض الستريك، الذي يستعمل لمنع التآكل.

وفي هذا السياق، الميثانول هي المادة الكيميائية الأكثر شيوعا التي تستعمل في التصديع المائي في الولايات المتحدة الأمريكية منذ عام 2005 إلى عام 2009. لكن كانت الولايات المتحدة الأمريكية تستعمل مواد كيميائية أخرى مثل كحول الأيزوبروبيل والبوتوكسي إيثانول والإيثيلين جلايكول.

وعلى صعيد آخر، بولي أكريلاميد ومخفضات الاحتكاك الأخرى، التي يمكن أن تؤدي إلى اضطراب تدفق السوائل واحتكاك الأنابيب، مما يسمح للمضخات بالضخ بمعدل أعلى دون وجود ضغط أكبر على السطح.

• العوامل الريولوجية ( علم الجريان )
• تخلط الماء بالرمل والمواد الكيميائية لتكوين سائل تكسير هيدروليكي.
• يستعمل 40,000 جالون من المواد الكيميائية لكل عملية تكسير.
• يستعمل علاج الكسر النموذجي ما بين 3 و 12 مادة كيميائية مضافة.

• الايثيلين جلايكول، الذي يمنع تكوين الترسبات الكلسية في الأنبوب.
• أملاح اليورات، التي تستعمل للحفاظ على لزوجة السوائل أثناء زيادة درجة الحرارة.
• كربونات الصوديوم والبوتاسيوم، التي تستعمل للحفاظ على فعالية الروابط المتقاطعة.

علاوةً على ذلك، على الرغم من احتمال وجود سوائل تكسير غير تقليدية، إلا أن الإضافات الكيميائية النموذجية يمكن أن تشتمل على واحد أو أكثر مما يلي:

إضافةً إلى ذلك، ملح كلوريد الصوديوم، الذي يستعمل لتأخير تفكك سلاسل البوليمر الهلامية.

وفي السياق ذاته، المبيدات الحيوية اللاهوائية مثل الجلوتارالهيد بي أي أو، الذي يستعمل كمطهر للماء للقضاء على البكتريا.

وفي هذا السياق، الأيزوبروبانول، الذي يستعمل في الشتاء لفصل المواد الكيميائية لضمان عدم تجميدها.

كذلك، الأحماض مثل حمض الهيدروكلوريك أو حمض الأسيتيك، الذي يمكن استخدامهما في مرحلة ما قبل التصديع لتنظيف الثقوب وبدء الشق في الصخور القريبة من حفرة البئر.

الأوردة

وعلى صعيد آخر، تؤثر عملية ضغط سائل المسام العالي على عملية تكوين أنظمة الوريد المعدنية وتؤثر بصورة أكبر في أوردة شد الشقوق، بسبب ان مادة الوريد تكون سلسلة من أحداث التصديع المنفصلة، وترسب مادة الوريد الإضافية عند كل عملية تكسير.

ومن جهة أخرى، أغلب أنظمة الوريد المعدنية تأتي نتيجة التصديع الطبيعي المتكرر خلال فترات ضغط سائل المسام المرتفع.

وفي هذا السياق، تأثيرات النشاط الزلزالي هي أحد أمثلة التصديع الطبيعي المتكرر طويل الأمد. حيث ترتفع وتنخفض مستويات الإجهاد بشكل عرضي، ويمكن أن تتسبب الزلازل في طرد كميات كبيرة من المياه المعبأة من الكسور المملوءة بالسوائل. يشار إلى هذه العملية باسم الضخ الزلزالي.

مراقبة الزلازل الدقيقة

وفي هذا الصدد، أحيانا تستعمل المراقبة الزلزالية الدقيقة في تقدير حجم واتجاه الكسور المستحثة، يقاس النشاط الميكرويزمي عن طريق وضع مجموعة من الجيوفونات في حفرة بئر قريبة، بعد تعيين موقع أي أحداث زلزالية صغيرة مرتبطة بالكسر المتزايد و استنتاج الهندسة التقريبية للكسر. توفر مصفوفات مقياس الميل المنتشرة على سطح البئر أو أسفله تقنية أخرى لمراقبة الإجهاد.

كذلك، الأساليب المختلفة لها مزايا وأخطاء مختلفة في المواقع المختلفة. تعتمد دقة رسم خرائط الأحداث الزلزالية الدقيقة على نسبة الإشارة إلى الضوضاء وتوزيع أجهزة الاستشعار. تتحسن دقة الأحداث التي تقع عن طريق الانقلاب الزلزالي بواسطة أجهزة الاستشعار الموضوعة في الكثير من السمت من البئر المرصود. تتحسن دقة الأحداث في موقع قاع البئر من خلال الاقتراب من حفرة البئر المراقبة وتولد نسبة إشارة إلى ضوضاء عالية.

علاوةً على ذلك، أصبحت مراقبة الأحداث الزلزالية الدقيقة الناتجة عن تحفيز المكمن ركن رئيسي في تقييم الكسور الهيدروليكية وتحسينها.

وعلى صعيد آخر، التصديع المائي يزيد من إجهاد التكوين بما يتناسب مع ضغط التصديع الصافي، فضلًا عن زيادة ضغط المسام بسبب التسرب. تتولد ضغوط الشد قبل طرف الكسر، مما يولد كميات كبيرة من إجهاد القص.

كذلك، يمكن مراقبة ذلك باستخدام أنواع متعددة من التقنيات لتطوير نموذج مكمن آخر يساعد على التنبؤ بدقة بأداء البئر.

من جانب آخر، يساعد التحليل الجيوميكانيكي، مثل فهم خصائص مواد التكوينات والظروف في الموقع والهندسة على مراقبة توفير تعريف أفضل للبيئة التي تنتشر فيها شبكة التصدع. و معرفة موقع مادة الدعم داخل الكسر وتوزيع موصلية الكسر.

وفي هذا السياق، الهدف الرئيسي من مراقبة الكسر الهيدروليكي هو التوصيف الكامل لبنية الكسر المستحث وتوزيع الموصلية داخل التكوين.

كذلك، تتحد الزيادات في ضغط المياه المسامية وفي إجهاد التكوين وتؤثر على نقاط الضعف بالقرب من الكسر الهيدروليكي، مثل الكسور الطبيعية والمفاصل وطبقات الفراش.

ومن جهة أخرى، رسم الخرائط الميكروزية يشبه إلى حد كبير علم الزلازل من الناحية الجيوفيزيائية. في علم الزلازل، تسجل مقاييس الزلازل المنتشرة على سطح الأرض أو بالقرب منه موجات إس وموجات بي التي تنطلق أثناء حدث زلزال. ثم تسمح بتقدير الحركة على طول مستوى الصدع وموقعه في خريطة باطن الأرض.

آبار النفط والغاز

إضافةً إلى ذلك، في عام 1952، نفذت أول عملية تكسير بالدعم الهيدروليكي في الاتحاد السوفيتي. حيث استعملت تقنيات التصديع المائي قبل عام 1989 في كل من النرويج وبولندا وتشيكوسلوفاكيا، وقبل عام 1991 في المجر والنمسا وفرنسا. وفيما بعد في إيطاليا وبلغاريا ورومانيا وتركيا وتونس والجزائر.

في هذا الإطار، قام فلويد فارس الذي يعمل بشركة ستانوليند للنفط والغاز بدراسة العلاقة بين أداء البئر وضغوط المعالجة. حيث كانت هذه الدراسة هي أول تجربة تكسير هيدروليكي لمعالجة الآبار. أجريت التجربة في عام 1947 في حقل غاز هوجوتون في مقاطعة غرانت في جنوب غرب كانساس بواسطة شركة ستانوليند للنفط والغاز.

كذلك، في 17 مارس عام 1949، أجرت شركة هاليبيرتون أول عمليتين تجاريتين للتكسير الهيدروليكي في مقاطعة ستيفنز بأوكلاهوما ومقاطعة آرتشر بتكساس. منذ ذلك الوقت استعمل التصديع المائي لتحفيز ما يقرب من مليون بئر نفط وغاز في أنظمة جيولوجية مختلفة بنجاح.

ومن جهة أخرى، يستعمل التصديع المائي واسع النطاق في التكوينات المنخفضة النفاذية والمعالجات الصغيرة والتكوينات عالية النفاذية لمعالجة الأضرار.عندما يستعمل التصديع المائي في هذه الحالات، يمتد التصدع على بعد بضعة أقدام فقط من البئر.

في هذا الإطار، تم حقن 1000 جالون أمريكي من البنزين المبلل والرمل من نهر أركنساس لتكوين الحجر الجيري المنتج للغاز على ارتفاع 2400 قدم. لم تكن التجربة ناجحة للغاية حيث لم تتغير قابلية تسليم البئر بشكل ملحوظ. دون جيه بي كلارك أحد الأشخاص الذي يعمل في ستانوليند في سنة 1948 هذه العملية على الورق. وأصدر لها براءة اختراع في عام 1949 ومنحت ترخيص حصري لشركة آبار زيت هاليبيرتون.