通過聲感光纖技術提升水力壓裂效率——彭博社

2012年5月賓夕法尼亞州布拉德福德縣的水力壓裂現場攝影：凱蒂·奧爾林斯基/蓋蒂圖片社水力壓裂法這一具有生態爭議的技術推動美國石油產量達到21年來新高，但其本質仍是代價高昂的"盲猜遊戲"。鑽探公司通常將化學物質、砂石和水的混合物近乎盲目地注入含油氣岩層，通過製造裂縫獲取滲出的燃料。

為定位和測量基岩裂縫，監測井中的微地震傳感器會在岩石破裂時追蹤細微的地層運動。專注油氣領域的PacWest諮詢公司合夥人亞歷山大·羅巴特指出，每口井的壓裂通常需進行15次混合液注入作業，單次成本約10萬美元。但成效難以判定——北美地區80%的產量僅來自20%的作業階段。

據PacWest估算，今年美國26,100口油井中將有310億美元耗費在羅巴特所稱的"次優壓裂階段"。為此，哈里伯頓等公司正在測試美國潛艇使用的光纖技術。這種分佈式光纖可沿全線記錄聲波與温度數據。哈里伯頓休斯頓Pinnacle部門油藏監測主管格倫·麥科爾平表示，將鋼鎧光纖固定在壓裂井與岩層之間，能捕捉標誌完美壓裂的聲波信號。其團隊正開發聲波轉圖譜軟件，直觀顯示儲油岩層的破裂程度。“我們的終極目標是每次都能實現完美壓裂，“他説，“現在通過這扇’井下之窗’，一切盡在掌握。”

優化能源勘探的前景促使全球最大石油和天然氣生產商——包括荷蘭皇家殼牌、雪佛龍和挪威國家石油公司——開始在壓裂井中測試光纖線路。從哈里伯頓到Exiius的承包商已在美國油井中使用這種傳感電纜。諮詢公司Information Gatekeepers發佈、光纖顧問公司Light Wave Venture於6月修訂的研究顯示，由此帶來的5.86億美元分佈式光纖市場將在未來三年內幾乎翻倍。“這個市場正以極其迅猛的態勢發展，“研究報告作者、材料工程師戴夫·克羅恩表示，“顯然石油和天然氣是主要驅動力。”

約十年前，該行業開始嘗試利用光纖的温度傳感能力，後來開始測試其在聲音分析中的應用。除了區分壓裂階段的好壞外，光纖還能捕捉到細微噪音，這些噪音可以顯示廢棄井的水泥密封是否失效——這種安全隱患可能導致殘餘氣體到達地表並引發爆炸。

麥科爾平表示，最終鑽井商將能夠根據聲音測量生產流量。他將其比作長笛：隨着井套管中不同孔洞的開啓或堵塞，這些組合會改變流經井筒的流體音高。程序員們還在開發算法，以檢測從周圍岩石流入井中的水與油的聲音差異，這意味着可以根據需要打開或關閉井筒不同區域的閥門，從而最大限度地減少水的侵入。

減少壓裂階段意味着向社區地下水層注入的有毒泥漿會減少，但這並不能使化學混合物本身變得更清潔。雖然光纖線路能為鑽探公司節省因目標偏差或多餘壓裂階段產生的成本，但追求效率的企業可能不願在小型作業中使用光纖技術。單口油井安裝光纖的費用可能高達數十萬美元。PacWest公司的羅巴特指出，這對於造價5000萬美元的海上油井比600萬美元的陸地小油井更容易接受。全球領先油服企業斯倫貝謝微震服務總經理約瑟夫·埃爾庫裏表示，若技術沒有重大突破，聲學光纖的應用可能會減少。“我們正處於聲學傳感技術的大熱階段，“他坦言。

鑽探者面臨的一個意外挑戰是如何處理光纖收集的海量數據。哈里伯頓公司已在休斯頓實驗室組建了工程師、科學家和前美國航天計劃技術專家團隊，專門分析這些以每28秒填滿一張DVD的速度湧入的數據。麥克科爾平透露，目前企業不敢丟棄任何數據，因為無法預知哪些信息未來可能成為關鍵線索。“這種模式難以為繼，“他表示，“不可能連續20年每週對一口油井持續收集15TB數據。“不過，對於長期在黑暗中摸索的行業來説，這或許算是個甜蜜的煩惱。