Ngoài ra, phương pháp nứt vỉa thủy lực còn gặp phải các trở ngại như chi phí cao, hiệu suất hạn chế và phải chịu sự kiểm soát nhiều hơn do những lo ngại về động đất nhỏ và ô nhiễm nước. Ở Mỹ đã có 16 bang không cho phép sử dụng phương pháp nứt vỉa thủy lực.

Innovative Defense (ID) LLC đã xây dựng phương pháp phi thủy lực mới để hoàn thiện giếng và loại bỏ được các vấn đề nêu trên. Phương pháp mới này có thể làm giảm hoặc loại bỏ nhu cầu nứt vỉa thủy lực và chiếm khoảng 20% chi phí. Phương pháp nứt vỉa chấn động hay nứt vỉa sốc đang chờ được cấp bằng sáng chế.

Nứt vỉa chấn động

Trong giai đoạn đầu khai thác, một lượng lớn thuốc nổ được đưa xuống giếng tới thành hệ chứa dầu và cho phát nổ. Chấn động từ lượng thuốc nổ lớn này gây nứt vỡ thành hệ xung quanh lỗ khoan nhưng lại phá hủy ống chống và thân giếng khoan. Hệ thống Shock Frack (nứt vỉa chấn động) của ID sử dụng một ứng dụng chuẩn xác hơn với lượng thuốc nổ ít hơn rất nhiều, được đưa vào thành hệ chứa dầu hoặc chứa khí một cách có chiến lược và kiểm soát có định hướng. Hệ thống vận chuyển kèm súng bắn vỉa nhiều ngăn, nhiều chế độ khai hỏa trong lòng giếng là một sáng kiến đang chờ cấp bằng sáng chế cho phép vận chuyển khối lượng thuốc nổ mạnh hay vật liệu tạo năng lượng khác vào sâu trong thành hệ từ lỗ khoan chính. Trong khi đó, súng bắn vỉa truyền thống bắn ra cùng một lúc nhiều viên đạn có dạng thông thường từ cùng 1 ngăn chung. Các viên đạn có đường kính nhỏ xuyên qua ống vào thành hệ để làm nứt vỡ vỉa. Hệ thống súng ID nhiều chế độ khai hỏa bao gồm một hoặc nhiều đoạn, mỗi đoạn gồm nhiều ngăn có chứa một hoặc nhiều viên đạn định dạng tạo ra   lỗ bắn cỡ siêu lớn. Khi đạn định dạng  tạo  ra  một  lỗ  hổng  cỡ  lớn các viên đạn tiếp theo có thể được đẩy thẳng và đi sâu vào thành   hệ thông qua lỗ hổng cỡ lớn đầu tiên   do viên đạn số 1 từ mỗi đoạn tạo ra. Dòng năng lượng hình trụ rỗng hình thành từ viên đạn làm cho lỗ hổng sâu hơn và chấn động từ thuốc nổ  lan tới làm nứt vỡ thành hệ ở vùng lân cận.

Hình 1. Mỗi đoạn của hệ thống súng bắn vỉa nhiều chế độ bao gồm nhiều ngăn có chứa một hoặc nhiều viên đạn định dạng tạo ra lỗ bắn cỡ siêu lớn. Nguồn: Innovative Defense LLC

Hệ thống súng, phóng thuốc nổ định dạng

Sự phát triển và thử nghiệm SuperCal charge (đạn định  dạng  tạo lỗ hổng cỡ lớn) cho phép phóng những lượng chất nổ có kiểm soát dưới dạng lựu đạn nổ định dạng vào sâu trong thành hệ. Khi lựu đạn nổ, lỗ hổng cỡ lớn có kích thước lớn hơn đường kính lựu đạn (charge diameter- CD) sẽ được tạo ra. Điều này cho phép phóng liên tiếp các liều thuốc nổ có cùng kích thước vào lỗ hiện có, làm tăng độ sâu và chấn động nứt vỡ trên tất cả các lớp đá theo các hướng khác nhau. Điều này chỉ khả thi khi sử dụng đạn cỡ lớn.

 Khi một chấn động mạnh truyền xuyên qua thành hệ với vận tốc âm thanh sẽ làm nứt vỡ các vi cấu trúc ngăn cách các lỗ rỗng chứa dầu hoặc khí, làm tăng độ rỗng và tạo ra dòng chảy tới giếng khoan. Đạn bắn vỉa tiêu chuẩn chỉ tạo ra một lỗ hổng có kích thước khoảng 15% đường kính của đạn trong ống chống và giảm dần kích thước trong thành hệ. Có thể bắn liên tục đạn SuperCal hay đạn tiêu chuẩn bằng hệ thống súng bắn vỉa nhiều chế độ mô tả ở trên.

Đạn định dạng

Đạn định dạng sử dụng chất nổ mạnh để phá hủy một ống lót hình nón rỗng làm bằng kim loại dạng  bột, trong trường hợp sử dụng cho giếng dầu. Sự tập trung năng lượng nổ phá hủy ống lót trên trục dọc của chóp (hiệu ứng Munroe) tạo ra dòng năng lượng kéo dài (thường gọi  là vòi phun) có vận tốc trong khoảng    5- 10km/giây (3 - 6 dặm/giây). Sử dụng nguyên lý này, thiết kế đạn SuperCal phân tán năng lượng vào một vòi phun kéo dài hình trụ rỗng tạo ra một lỗ hổng cỡ lớn.

Quá trình để một dòng năng lượng định dạng thâm nhập sâu  vào thành tạo chứa dầu khí là nhờ sự xói mòn vô cùng nhanh chóng vật chất của thành tạo đó. Áp suất do vòi phun tác động vào mục tiêu là khoảng 6 triệu psi và chưa có loại vật chất nào có thể chống lại sự xâm nhập dưới áp lực mạnh như vậy.

Hình 2. So sánh lỗ hổng tạo ra bởi các loại đạn định dạng. Nguồn: Innovative Defense LLC

Phương pháp vận hành hệ thống

Hệ thống súng bắn vỉa nhiều chế độ nạp chất nổ phân đoạn được đưa xuống lỗ khoan đến vị trí liên quan bằng dây cáp hoặc ống; trong tương lai có thể tự động. Hệ thống súng sau đó được định vị vào tâm giếng khoan và thiết bị định vị chính xác được khóa trong thân giếng. Viên đạn số 1 từ mỗi khẩu súng phân đoạn được bắn đi, tạo ra lỗ hổng cỡ lớn đầu tiên trong ống chống và thành hệ. Sau đó súng được hạ xuống bằng thiết bị định vị chính xác để viên đạn hoặc loạt đạn thứ 2 được thẳng hàng với lỗ hổng cỡ lớn ban đầu. Tại vị trí này, viên số 2 từ mỗi đoạn có thể được phóng để tăng độ sâu hố ban đầu và tạo ra khoảng cách lớn hơn từ ống chống, hoặc đạn được đẩy vào hố ban đầu và cho nổ để làm  tăng chiều sâu của lỗ hổng cũng như gây chấn động nứt vỡ thành hệ ở vùng lân cận. Quá trình này được lặp đi lặp lại cho đến khi các viên đạn được sử dụng hết.

Hình 3. Các loại đạn định dạng do ID chế tạo. Nguồn: Innovative Defense LLC

Hiện Mỹ có hàng nghìn giếng bỏ hoang, trong đó có giếng vẫn còn đến 80% trữ lượng và không thể thu hồi được bằng cách sử dụng công nghệ  nứt  vỉa  thủy  lực.  Hệ   thống nứt vỉa SuperCal có thể tiếp cận trữ lượng này. Kể từ khi giá dầu giảm xuống mức thấp và dự báo phục hồi chậm, việc tìm kiếm một phương pháp/công nghệ khai thác dầu khí   ít tốn kém hơn có ý nghĩa rất lớn. Phương pháp phá vỡ vỉa bằng chấn động giúp cắt giảm phần lớn chi phí kích các giếng mới và phục hồi các giếng cũ.

Hồng Ngọc (theo E&P Magazine)