[發明專利]利用氣液混合示蹤劑分析水力壓裂是否污染含水層的方法

有效

• 申請號: 201810476187.0
• 申請日: 2018-05-17
• 公開（公告）號: CN108915674B
• 公開（公告）日: 2021-10-22
• 發明（設計）人: 楊金秀;盧雙舫;王民;陳國輝;宋朋霖
• 申請（專利權）人: 中國石油大學（華東）
• 主分類號: E21B47/11
• 分類號: E21B47/11
• 代理公司: 北京金智普華知識產權代理有限公司 11401
• 代理人: 楊采良

本發明屬于頁巖油氣開發的環境影響評價技術領域，公開了一種利用氣液混合示蹤劑分析水力壓裂是否污染含水層的方法，選擇氣液混合示蹤劑：化學氣體示蹤劑的用量根據Brigham?Smith公式(1)進行計算，微量物質示蹤劑的用量根據Brigham?Smith公式(2)進行計算；將氣液混合示蹤劑完全溶解于壓裂液，將壓裂液和示蹤劑混合均勻；在注水井中注入壓裂液，進行頁巖油氣開采。本發明通過將成本合理的氣液混合示蹤劑加入壓裂液來分別表征頁巖壓裂層段的氣態和液態的有害物質，通過對壓裂后周圍水井的取樣、檢測和分析，可準確評估某一地區水力壓裂活動對地下含水層的影響。

技術領域

本發明屬于頁巖油氣開發的環境影響評價技術領域，尤其涉及一種利用氣液混合示蹤劑分析水力壓裂污染地下含水層的方法。

背景技術

目前，業內常用的現有技術是這樣的：

1、水力壓裂

水力壓裂是指是指在高壓下通過注入壓裂液將巖石壓開并產生裂縫的過程，這些裂縫能被支撐劑(如砂子)支撐而保持開啟狀態，從而連通巖石中的孔隙使天然氣自巖石中流出并進入井孔。近年來，水力壓裂廣泛應用于頁巖油氣開發中，由此也引發了一系列的環境恐慌，如消耗大量水資源、水體污染、空氣污染、地表和植被破壞、噪音污染和地質破壞等。其中，最大的恐慌是認為水力壓裂能夠建立一個污染通道將油氣生產區與飲用水資源連通起來。目前，這仍是一個頗具爭議的問題。一些學者認為水力壓裂所產生的垂直人工裂縫一般不可能延伸至淺部飲用水層從而污染地下水，而有的學者則認為雖然壓裂液可能不能垂向延伸太長的距離，但是甲烷等氣體可以沿封閉性不好的天然氣井或斷層向上運移至淺部含水層，對地下水造成污染。美國環境保護局(EPA)發表報告，認定目前美國油氣開采行業普遍使用的水力壓裂技術在特定條件下確實會造成飲用水污染。申請人認為，不同地區的地質條件差異較大，如頁巖層埋藏深度、淺部含水層的深度、壓裂產生裂縫的垂向延伸距離，以及斷層和裂縫的發育情況等都不同，因此不能用某一具體地區的分析結果得出具有普適性的“水力壓裂會(或不會)污染地下含水層”的結論。

2、示蹤劑

示蹤劑通常是指從注入井注入，之后按一定的取樣規定在周圍產出井取樣，監測其產出情況來預測流體的流動方向、滲流速度，以及地層連通情況等信息。示蹤劑要求安全、環保、易檢測和成本合理，一般分為氣體和液體兩種類型，氣體示蹤劑在注入前為液態，方便儲存和管理，注入地層后變為氣態；而液體示蹤劑在地表和地下均為液態。

氣體示蹤劑分為放射性氣體示蹤劑和化學氣體示蹤劑，其中放射性氣體示蹤劑對人類和環境有害，而化學氣體示蹤劑主要包括氟利昂類氣體示蹤劑(破壞臭氧層)、六氟化硫氣體示蹤劑和全氟環烷烴氣體示蹤劑。六氟化硫和全氟環烷烴的最低檢測體積分數為0.05×10^-10，利用氣相色譜儀和電子俘獲檢測器測定其濃度，但需要事先求出其校正曲線。

液體示蹤劑包括化學示蹤劑如易溶的無機鹽、熒光染料，以及鹵代烴和低相對分子質量的醇(用量大，成本高，適應性和選擇性差，測試分辨率低，有環境和人員安全問題)、放射性同位素示蹤劑(對人員、環境安全不利)、穩定性同位素示蹤劑(檢測手段繁雜，費用昂貴)和微量物質示蹤劑。其中，對微量物質示蹤劑的檢測是通過使用電感禍合等離子質譜(HR-ICP-MS)等先進儀器檢測對樣品進行分析，檢測最低檢出限達到10^-15(ppq級)。微量物質示蹤劑由于安全、用量少、成本低、分析精度高等特點，應用越來越廣泛。

關于氣體和液體示蹤劑的用量，分為總稀釋模型公式和Brigham-Smith公式兩種計算方法。一般情況下，在經濟允許的范圍內，可通過增加示蹤劑的用量以保證測試成功。

綜上所述，現有技術存在的問題是：

(1)關于水力壓裂是否會污染地下含水層，不同學者間存在爭議。由于不同工區的地質條件不同，無法得出具有普適性的“水力壓裂會(或不會)污染地下含水層”的結論，需要具體案例具體分析。