通过声感光纤技术提升水力压裂效率——彭博社

2012年5月宾夕法尼亚州布拉德福德县的水力压裂现场摄影：凯蒂·奥尔林斯基/盖蒂图片社水力压裂法这一具有生态争议的技术推动美国石油产量达到21年来新高，但其本质仍是代价高昂的"盲猜游戏"。钻探公司通常将化学物质、砂石和水的混合物近乎盲目地注入含油气岩层，通过制造裂缝获取渗出的燃料。

为定位和测量基岩裂缝，监测井中的微地震传感器会在岩石破裂时追踪细微的地层运动。专注油气领域的PacWest咨询公司合伙人亚历山大·罗巴特指出，每口井的压裂通常需进行15次混合液注入作业，单次成本约10万美元。但成效难以判定——北美地区80%的产量仅来自20%的作业阶段。

据PacWest估算，今年美国26,100口油井中将有310亿美元耗费在罗巴特所称的"次优压裂阶段"。为此，哈里伯顿等公司正在测试美国潜艇使用的光纤技术。这种分布式光纤可沿全线记录声波与温度数据。哈里伯顿休斯顿Pinnacle部门油藏监测主管格伦·麦科尔平表示，将钢铠光纤固定在压裂井与岩层之间，能捕捉标志完美压裂的声波信号。其团队正开发声波转图谱软件，直观显示储油岩层的破裂程度。“我们的终极目标是每次都能实现完美压裂，“他说，“现在通过这扇’井下之窗’，一切尽在掌握。”

优化能源勘探的前景促使全球最大石油和天然气生产商——包括荷兰皇家壳牌、雪佛龙和挪威国家石油公司——开始在压裂井中测试光纤线路。从哈里伯顿到Exiius的承包商已在美国油井中使用这种传感电缆。咨询公司Information Gatekeepers发布、光纤顾问公司Light Wave Venture于6月修订的研究显示，由此带来的5.86亿美元分布式光纤市场将在未来三年内几乎翻倍。“这个市场正以极其迅猛的态势发展，“研究报告作者、材料工程师戴夫·克罗恩表示，“显然石油和天然气是主要驱动力。”

约十年前，该行业开始尝试利用光纤的温度传感能力，后来开始测试其在声音分析中的应用。除了区分压裂阶段的好坏外，光纤还能捕捉到细微噪音，这些噪音可以显示废弃井的水泥密封是否失效——这种安全隐患可能导致残余气体到达地表并引发爆炸。

麦科尔平表示，最终钻井商将能够根据声音测量生产流量。他将其比作长笛：随着井套管中不同孔洞的开启或堵塞，这些组合会改变流经井筒的流体音高。程序员们还在开发算法，以检测从周围岩石流入井中的水与油的声音差异，这意味着可以根据需要打开或关闭井筒不同区域的阀门，从而最大限度地减少水的侵入。

减少压裂阶段意味着向社区地下水层注入的有毒泥浆会减少，但这并不能使化学混合物本身变得更清洁。虽然光纤线路能为钻探公司节省因目标偏差或多余压裂阶段产生的成本，但追求效率的企业可能不愿在小型作业中使用光纤技术。单口油井安装光纤的费用可能高达数十万美元。PacWest公司的罗巴特指出，这对于造价5000万美元的海上油井比600万美元的陆地小油井更容易接受。全球领先油服企业斯伦贝谢微震服务总经理约瑟夫·埃尔库里表示，若技术没有重大突破，声学光纤的应用可能会减少。“我们正处于声学传感技术的大热阶段，“他坦言。

钻探者面临的一个意外挑战是如何处理光纤收集的海量数据。哈里伯顿公司已在休斯顿实验室组建了工程师、科学家和前美国航天计划技术专家团队，专门分析这些以每28秒填满一张DVD的速度涌入的数据。麦克科尔平透露，目前企业不敢丢弃任何数据，因为无法预知哪些信息未来可能成为关键线索。“这种模式难以为继，“他表示，“不可能连续20年每周对一口油井持续收集15TB数据。“不过，对于长期在黑暗中摸索的行业来说，这或许算是个甜蜜的烦恼。