[发明专利]利用气液混合示踪剂分析水力压裂是否污染含水层的方法

说明书

本发明属于页岩油气开发的环境影响评价技术领域，公开了一种利用气液混合示踪剂分析水力压裂是否污染含水层的方法，选择气液混合示踪剂：化学气体示踪剂的用量根据Brigham‑Smith公式(1)进行计算，微量物质示踪剂的用量根据Brigham‑Smith公式(2)进行计算；将气液混合示踪剂完全溶解于压裂液，将压裂液和示踪剂混合均匀；在注水井中注入压裂液，进行页岩油气开采。本发明通过将成本合理的气液混合示踪剂加入压裂液来分别表征页岩压裂层段的气态和液态的有害物质，通过对压裂后周围水井的取样、检测和分析，可准确评估某一地区水力压裂活动对地下含水层的影响。

技术领域

本发明属于页岩油气开发的环境影响评价技术领域，尤其涉及一种利用气液混合示踪剂分析水力压裂污染地下含水层的方法。

背景技术

目前，业内常用的现有技术是这样的：

1、水力压裂

水力压裂是指是指在高压下通过注入压裂液将岩石压开并产生裂缝的过程，这些裂缝能被支撑剂(如砂子)支撑而保持开启状态，从而连通岩石中的孔隙使天然气自岩石中流出并进入井孔。近年来，水力压裂广泛应用于页岩油气开发中，由此也引发了一系列的环境恐慌，如消耗大量水资源、水体污染、空气污染、地表和植被破坏、噪音污染和地质破坏等。其中，最大的恐慌是认为水力压裂能够建立一个污染通道将油气生产区与饮用水资源连通起来。目前，这仍是一个颇具争议的问题。一些学者认为水力压裂所产生的垂直人工裂缝一般不可能延伸至浅部饮用水层从而污染地下水，而有的学者则认为虽然压裂液可能不能垂向延伸太长的距离，但是甲烷等气体可以沿封闭性不好的天然气井或断层向上运移至浅部含水层，对地下水造成污染。美国环境保护局(EPA)发表报告，认定目前美国油气开采行业普遍使用的水力压裂技术在特定条件下确实会造成饮用水污染。申请人认为，不同地区的地质条件差异较大，如页岩层埋藏深度、浅部含水层的深度、压裂产生裂缝的垂向延伸距离，以及断层和裂缝的发育情况等都不同，因此不能用某一具体地区的分析结果得出具有普适性的“水力压裂会(或不会)污染地下含水层”的结论。

2、示踪剂

示踪剂通常是指从注入井注入，之后按一定的取样规定在周围产出井取样，监测其产出情况来预测流体的流动方向、渗流速度，以及地层连通情况等信息。示踪剂要求安全、环保、易检测和成本合理，一般分为气体和液体两种类型，气体示踪剂在注入前为液态，方便储存和管理，注入地层后变为气态；而液体示踪剂在地表和地下均为液态。

气体示踪剂分为放射性气体示踪剂和化学气体示踪剂，其中放射性气体示踪剂对人类和环境有害，而化学气体示踪剂主要包括氟利昂类气体示踪剂(破坏臭氧层)、六氟化硫气体示踪剂和全氟环烷烃气体示踪剂。六氟化硫和全氟环烷烃的最低检测体积分数为0.05×10^-10，利用气相色谱仪和电子俘获检测器测定其浓度，但需要事先求出其校正曲线。

液体示踪剂包括化学示踪剂如易溶的无机盐、荧光染料，以及卤代烃和低相对分子质量的醇(用量大，成本高，适应性和选择性差，测试分辨率低，有环境和人员安全问题)、放射性同位素示踪剂(对人员、环境安全不利)、稳定性同位素示踪剂(检测手段繁杂，费用昂贵)和微量物质示踪剂。其中，对微量物质示踪剂的检测是通过使用电感祸合等离子质谱(HR-ICP-MS)等先进仪器检测对样品进行分析，检测最低检出限达到10^-15(ppq级)。微量物质示踪剂由于安全、用量少、成本低、分析精度高等特点，应用越来越广泛。

关于气体和液体示踪剂的用量，分为总稀释模型公式和Brigham-Smith公式两种计算方法。一般情况下，在经济允许的范围内，可通过增加示踪剂的用量以保证测试成功。

综上所述，现有技术存在的问题是：

(1)关于水力压裂是否会污染地下含水层，不同学者间存在争议。由于不同工区的地质条件不同，无法得出具有普适性的“水力压裂会(或不会)污染地下含水层”的结论，需要具体案例具体分析。