水力压裂法（也称为水力压裂、水力压裂或水力压裂）因在阿巴拉契亚地区的马塞勒斯页岩、德克萨斯州的巴奈特页岩以及北达科他州和蒙大拿州的巴肯页岩的钻探活动而受到公众的广泛关注。水力压裂和水平钻井使得以前无法开采的致密或非常规储层中的天然气和石油资源能够实现经济产量的生产。这些技术的应用在过去十年中极大地扩展了美国石油和天然气的产量。
数据来源：能源信息署
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弗吉尼亚州的大部分天然气资源都位于“非常规”地下储层中，其中的碳氢化合物被困在页岩、煤或其他致密岩层中，孔隙度和渗透率非常低。为了获取非常规油藏中的天然气或石油资源，必须对岩层进行刺激或人工压裂。水力压裂法可以追溯到1940年代，它使用加压液体和/或气体（例如氮气）来刺激或压裂岩层以释放天然气或石油。通常会将沙子与液体一起泵入，以帮助支撑裂缝。所用流体的成分和体积在很大程度上取决于区域地质、储层岩石的化学和机械性质以及储层地层压力。
特别是在页岩储层中，水力压裂通常与水平钻井相结合。采用这种钻井方法，井垂直钻至略高于目标储层的深度，然后水平导向并继续在储层内延伸数千英尺。与严格垂直的井相比，该技术可以将更长的井筒部分暴露于目标地层。然后将钢套管下到孔底并用水泥或封隔器固定到位。此时，在所需生产区域的套管上形成孔或穿孔。然后，将流体和/或氮气（有时还带有砂支撑剂）在高压下泵入穿孔，以在页岩储层中产生小裂缝。这些裂缝为碳氢化合物以经济的流速流入井筒提供了必要的传导能力。
水力压裂示意图
截至2017年，自1950年代初期至中期，弗吉尼亚州西南部的页岩、砂岩和石灰岩地层中已使用水力压裂技术开采了大约2 , 100口油井。此外，有超过6 、 000口煤层气井正在生产，这些煤层由于开采后沉陷而出现裂缝，或者使用水、化学物质和氮气进行压裂，并使用沙子作为压裂支撑剂。这种压裂类型被称为泡沫压裂。”由于弗吉尼亚州西南部岩层的物理特性和相当低的储层压力，水力压裂过程中很少使用大量的水，因为水可能会阻碍或阻塞气体的流动。最近的创新已经开发出一种不添加液体的100 ％氮气压裂，通常称为“干”压裂。弗吉尼亚州西南部的天然气资源开发仍在继续，每年都会钻新井并进行水力压裂。
西南VA天然气田地图
弗吉尼亚州的大多数钻井都是使用空气和/或水来循环井屑并润滑钻头。用于钻穿淡水含水层的任何水都必须达到或超过环境质量部 (DEQ) 制定的区域水质标准。现代天然气或煤层气钻探活动均不涉及在钻井液或完井液中使用柴油。
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井口树和氮气卡车
目前，弗吉尼亚州唯一生产的天然气和石油井位于该联邦的西南部。第20世纪，该州其他地区也曾钻探过勘探井，但由于缺乏商业数量的碳氢化合物，所有井均被堵塞。水平钻井和现有水力压裂技术的出现重新引起了人们对这些地区的兴趣，包括西部山脉和山谷中马塞勒斯页岩下方的地区，以及Virginia东部的中生代盆地。
弗吉尼亚州的马塞勒斯页岩
马塞勒斯页岩是泥盆纪时期富含有机质的页岩，位于弗吉尼亚州西部的一些山脉和山谷之下。马塞勒斯构造层是宾夕法尼亚州和西弗吉尼亚州近期水平钻井和水力压裂的主要目标，该构造层厚度较大，深埋于较年轻的沉积岩层之下。在Virginia，马塞勒斯存在于相对较浅的褶皱和断层岩带中。由于这种构造扰动，马塞勒斯地区曾经存在的大部分天然气可能已经逸出。美国地质调查局最近的一项研究表明，Virginia那部分的马塞勒斯页岩处于热过成熟状态，这意味着页岩在过去很可能被加热到过高的温度，以至于无法保存具有经济价值的天然气或石油产量。目前在Virginia，还没有从马塞勒斯地层生产天然气的油井。
马塞勒斯页岩地图
泰勒斯维尔盆地
泰勒斯维尔盆地是一个中生代沉积盆地，大部分隐藏在弗吉尼亚沿海平原的年轻沉积物之下。北颈盆地和中半岛下方的盆地部分是20世纪石油和天然气勘探的对象，在1917至1992间钻了十几口井。所有油井在钻探后不久就被封堵，但有几口油井显示出少量天然气和石油存在的迹象。1968中有一口显示出天然气迹象的井进行了水力压裂，但这种压裂措施并未产生具有商业价值的气流，因此随后对其进行了封堵。
弗吉尼亚州环境质量部 (DEQ) 和弗吉尼亚能源公司签署了一项协议，对包括泰勒斯维尔盆地在内的沿海平原石油或天然气钻探许可证的潜在环境影响进行协调审查。这些机构已承诺确保流程透明，包括彻底的环境影响审查并处理所有公众意见。该协议将帮助各机构和公众关注沿海平原含水层系统的独特性和复杂性，其中包括波托马克含水层，该含水层为弗吉尼亚州约一半的人口提供饮用、农业和工业用水。阅读协议备忘录。
泰勒斯维尔中生代盆地地图
弗吉尼亚能源的监管框架旨在确保弗吉尼亚州天然气资源的安全、环保开发和生产。弗吉尼亚能源公司的天然气和石油许可规则要求运营商对钻井所影响的地面和地下条件进行现场评估。这些要求旨在确保钻井和完井作业不会造成场外干扰、对公众造成不利影响或污染地表水或地下水。如果弗吉尼亚州新的页岩气田被证明可行，弗吉尼亚能源公司将密切监测刺激方法和用于油井开发的水量。弗吉尼亚能源公司将与弗吉尼亚州环境质量部（DEQ）密切合作，确保取水和处理采出液不会损害地表水或地下水，并且根据用水量，确定是否需要任何额外的地下水和地表取水许可证。
目前还没有记录显示Virginia因水力压裂而导致地表水或地下水退化的情况。地表水和地下水的保护是通过钻井和刺激井时必须满足的套管、固井和流体管理要求来实现的。如图所示，多层钢管和水泥延伸穿过地下水区，以防止深层（通常为盐水）液体污染浅层淡水地下水。
多个钢套管的横截面，其间有水泥。
水泥套管必须位于地表以下至少300英尺处或已知最深地下水位线以下50英尺处，以较深者为准。在潮水地区，有特殊规定，要求将套管固定在最深的淡水地下水源以下至少2 、 500英尺或300英尺处。通常，对于煤层气井，水力压裂发生在距离淡水区至少500英尺的地层中，对于其他类型的气井，水力压裂发生在距离淡水区数千英尺的地层中。这些要求确保地下水免受钻井、水力压裂或采出液的污染。
法规要求每份许可证申请必须包括地下水基线采样、分析和监测计划。地下水监测计划包括初始基线采样和测试，以及钻井后的后续采样和测试。
图片来自 ProPublica.org
Virginia能源公司的规定还保护压裂液返回地面后的水质。通常，只有大约15 - 30 % 的注入压裂液会返回地面。一旦返回地面，压裂液必须储存在有衬砌的坑或经批准的罐中，直到永久处理为止。所有气井场都是“闭环”系统。不允许进行场外干扰或排放。钻井液和水力压裂液被处置在经许可的 II 类 EPA 废物处理井中，或在满足监管要求后用于土地。
弗吉尼亚能源公司的规定还管理现场道路和集输管道的建设和运营。施工必须满足所有侵蚀和沉积物控制、雨水和开垦要求。所有这些活动都包含在履约保证金范围内。
弗吉尼亚州的法规规定，该州的所有天然气和石油开发都必须以安全和对环境负责的方式进行。弗吉尼亚州西南部的绝大多数生产井都采用了水力压裂工艺，预计该工艺还将继续应用。目前尚无证据表明Virginia州出现与水力压裂直接相关的水质问题。美国环保署已进行多项研究，发现水力压裂活动不会导致淡水质量下降。
常见问题解答
谁对弗吉尼亚州的天然气和油井拥有主要监管权？
弗吉尼亚能源公司是全州天然气和石油许可和运营的监管机构。州际管道和天然气储存场属于州公司委员会（SCC）的管辖。
对于在潮水地区钻探的井有特殊要求。钻探许可证申请必须附有环境影响评估，该评估应由环境质量部审查，分发给所有相关的州机构，并公开征求公众意见。在考虑 DEQ 的建议之前，Virginia 能源公司不能颁发钻探许可证。
弗吉尼亚能源检查员是否有页岩气井的经验？
弗吉尼亚能源检查员拥有超过2、100垂直和水平页岩气井的检查经验。弗吉尼亚州的主要页岩目标层是下休伦层。
弗吉尼亚能源公司多久检查一次气井？
Virginia能源公司采用基于风险的检查流程。这意味着检查员会在油井开发最关键的阶段出现——现场建设、钻井、固井、水力压裂和场地复垦。一旦井完工并且场地稳定，发生意外影响的风险就会大大降低。目前，天然气公司的油井投标人平均每周访问页岩气井场一次，每周访问煤层气井两到三次，以检查生产仪表和井场状况。Virginia能源公司在油井的整个使用寿命期间都会持续对该地点进行检查。弗吉尼亚州法律要求公司立即将与油井、管道或设施有关的任何现场或场外问题通知该机构。
弗吉尼亚州是否收到过在西南弗吉尼亚州以外地区钻井的许可申请？
目前尚无在弗吉尼亚州西南部煤田区域以外钻井的申请。
压裂液含有哪些成分？
在氮基和水基压裂中，添加剂通常用作减摩剂、胶凝剂、发泡剂和抗菌剂。许多成分在地下被中和或稀释，水力压裂作业不会产生大量化学废物。水力压裂返回地面的流体中令人担忧的主要成分是氯化物和其他盐。添加剂在返回的水中仍为稀释成分。
人们对水力压裂过程中使用的化学品表示担忧。钻井公司是否必须识别他们所使用的化学品？
地下水保护委员会和州际石油天然气契约委员会（IOGCC）建立了一个网站，用于报告水力压裂中使用的材料。这个具有里程碑意义的、基于网络的国家注册系统由美国能源部资助，从2011钻探的油井开始，逐一披露了水力压裂过程中使用的化学添加剂。请访问网站： www.fracfocus.org 。
2016年，Virginia能源公司出台法规，要求进一步披露用于刺激石油和天然气井的化学品。弗吉尼亚州的运营商现在需要提交水力压裂过程中使用的化学品清单，并向Frac Focus进行报告。了解更多 ”
钻井和水力压裂过程中产生的固体和水是否存在放射性风险？
弗吉尼亚州的大多数岩层中都含有低浓度的天然放射性物质（NORM），包括天然气和油藏的母岩。从井中产出的液体和返回地面的岩屑中通常存在极低浓度的 NORM。由于浓度极低，因此接触该物质导致患病或受伤的风险极低。
钻井和水力压裂过程中产生的水如何处理？
- 钻井和水力压裂过程中产生的所有水和液体必须收集在经批准且正确建造的坑或经批准的罐中进行临时储存。
- 弗吉尼亚州法规规定，如果独立实验室进行的实验室测试表明液体符合水质标准，则可以选择将液体地面施用。如果生产的流体不符合质量标准，则操作员必须将流体运输至经批准的 II 类 EPA 废物处理井或其他获得适当许可的设施进行永久处置。
- 法规要求每份许可证申请必须包括地下水基线采样、分析和监测计划。地下水监测计划包括初始基线采样和测试，以及钻井后的后续采样和测试。
- 用于钻穿淡水地下水层的水必须符合 DEQ 制定的国家水质标准。这种水可以从溪流、河流、水井中抽取，也可以从公共服务机构购买。
- 每口井的套管/固井方案都旨在保护地下水资源和地表以下的煤层。弗吉尼亚的套管项目是一个多套管和固井项目，水泥循环到地面。这可以防止地下水污染，保护煤炭资源，并隔离天然气生产。
- 弗吉尼亚州天然气和石油法案和法规不允许对地表水产生场外影响或排放。
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