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核能压裂:一段悄无声息的历史

核能压裂:一段悄无声息的历史

水力压裂,无疑是有史以来受争议最多的石油技术,然而可能大多数人还不知道,在这项技术之前,核能压裂曾对提高天然气产能作用巨大,但之后为什么没能持续下去呢?本文将为你揭开核能压裂的神秘面纱~

美国西南部150万英亩的Carson国家森林内有一些非常美丽的山地风景。在新墨西哥州最高点Wheeler 峰,海拔从1829 m上升到4011 m。石油圈原创www.oilsns.com

国家森林地区地下是Woodward页岩层。1967年,该地区被确认为是用核爆炸来从页岩中开采天然气的最佳试验场地。该项目被称作Gasbuggy计划,整个行业以及政府开始转向“原子能压裂”方向。所采用的技术被称为“核能气体增产措施”,其原理与现代压裂技术类似,即用巨大的能量打开之前无法利用的气藏。

和现在一样,当时的油气行业评论家声称这种方法将会污染当地的水源,放射性物质会对当地造成破坏性的环境影响。通过探究Gasbuggy计划,我们可以了解一些关于压裂对实际环境的影响。坦率来说,那些人们对现代水力压裂技术持反对观点,有点是反应过度了。

从爱因斯坦到冷战 原子武器的进化石油圈原创www.oilsns.com

爱因斯坦的相对论中暗含了人造爆炸蕴含巨大能量的理论。1932年,原子分裂的实现将这种理论变为现实。仅1939年,就有超过100篇在原子核物理学有巨大影响力的科技论文发表,其中最重要的是由Dane Nils Bohr和他的美国学生J.A.Wheeler在二战爆发前两天发表的论文,解释了裂变过程。

次月,由于担心希特勒会在竞选中获胜而优先制造出他称之为“反犹太人的炸弹”,爱因斯坦建议美国总统富兰克林•罗斯福成立一个由政府资助的铀委员会,组织大学进行原子能研究。这是将联邦资金首次用在科学研究上。

到了1942年,铀的链式反应技术特性被发现,且制造钚的技术上也有了突破。罗斯福意识到了纳粹制造出第一颗真正原子弹的威胁。他知道自己别无选择,唯有加快制造原子弹的速度。因此,美国设立了相应的曼哈顿陆军工程特区,即后来的美国空军,来协调生产和资源。从此该计划被称为“曼哈顿计划”。

1945年8月6日,艾诺拉•盖号轰炸机向日本广岛投下了美国第一颗未经试验的铀弹。它的爆炸能量相当于2万吨TNT的能量,造成6.6~7.8万人死亡。8月9日,美国又将第二颗钚型原子弹投向了日本基督教城市长崎,而这正是离日本军国主义思想中心最近的地区。

二战结束后不久,欧洲“铁幕”落下,美国和前苏联开始了长达50多年的冷战。1949年8月29日,前苏联第一颗原子弹爆炸成功,从那以后,冷战中两个大国主要面对的竞争威胁是制造核武器。

1950年,美国拥有的核武器数量为299个,同年前苏联的数量只有5个。到了1965年,美国的武器库中拥有的核武器数量为31139个,前苏联为11643个。军备竞赛拉开序幕,在美国和前苏联及其势力范围的国家开始制造大量核武器。石油圈原创www.oilsns.com

Plowshare工程:如何让核武器产生积极作用

20世纪50年代后期,原子能委员会(AEC)被委以开发技术和平利用核能的职责。该项目被称作是“Plowshare工程”。AEC主席当时宣布,该计划旨在“强调和平利用核能设施,在世界范围内制造一种更有利于武器发展和测试的舆论导向”。为此,从1961年到1973年,该项目共进行了27项试验,共实施了35次核爆炸。

这些试验主要是试图制造深坑和运河。另一些目标包括以更廉价的方式加宽巴拿马运河,在山区为修高速公路开路,连接内陆河系统。这些试验多数在内华达州实施,在科罗拉多州和新墨西哥州的油田也进行了试验。Gasbuggy计划是Plowshare工程的分支项目。它是最早的3个核能压裂试验之一,主要目的在于增加天然气产量。采用的技术称之为“核能气体增产措施”。

Gasbuggy计划:核能压裂的成功

El Paso天然气公司于1958年构想了Gasbuggy计划并将其提交给了AEC,AEC采纳了该计划并将其作为Plowshare工程的签署项目。石油圈原创www.oilsns.com

该项目在新墨西哥州的160英亩受保护区域进行,收到El Paso天然气180万美金的项目投资,历时9年的发展。联邦政府还额外支付了290万美金,用以提供核能设施。

1967年12月10日,在AEC的资金支持下,劳伦斯放射实验室和El Paso天然气公司引爆了Gasbuggy。在1288 m深的Woodward页岩层, 产生了相当于2.9万吨炸药爆炸的威力。对比来看,此原子压裂的能量几乎是广岛原子弹的2倍。爆炸形成了一个玻璃状衬里的洞穴,直径约48.8 m,高101.5 m。几秒后坍塌。随后的测量数据显示爆炸制造的裂缝在各个方向延伸超过61.0 m。特别值得注意的是,这一技术使天然气的产量增加了。

1967年12月22日,《时代》杂志发表了一篇署名为“核能:Gasbuggy首战告捷”的文章。该文生动地描述了爆炸发生前的情景:“上周,在新墨西哥州Leandro大峡谷的一座孤峰上,当广播系统传来的倒计时结束后,快被冻僵了的观察者们安静下来。在这紧张的时刻,似乎没有什么事情发生。而后脚下的大地开始震颤,远处传来巨大的爆炸声,紧接着是第二波相对小的震动。一些人大喊‘我们成功了!我们成功了!’人们互相握手。这是美国历史上第一次成功实施由政府和行业共同资助的核爆炸。”

在1969年的上半年,共进行了3项系列的生产试验。记录表明在Gasbuggy项目中共采出了835万立方米天然气。然而,很遗憾发现这些天然气放射性太高而没有商业利用价值。在进行试验期间,放射性材料通过火炬燃烧排掉了。El Paso天然气的现场领队James Holcomb认为Gasbuggy项目是成功的。他表示,“在实施爆炸后的一年里多生产出来的天然气比之前的7年生产的总量还多”。

而且,爆炸并没有污染水源,此计划也是非常有意义的。目前很难明确现代压裂作业到底对浅层水源有多大的破坏,而且当年那次1288 m地下相当于2.9万吨炸药的核爆炸也没有污染水源供给。

核能压裂:一段悄无声息的历史

1978年11月,能源部在Gasbuggy计划的实施现场立了碑文,上面写道:“美国历史上首次针对低产气藏增产的地下核试验场地。1967年11月10日,在地下1288 m以下实施了相当于2.9万吨炸药的核弹爆炸。没有美国政府的批准,不得在新墨西哥州Arriba县的新墨西哥州主子午线的t 29 n. R 4 w位置试验场地半径为30.48 m范围内从地表到地下457.2 m垂深进行开挖、钻井以及或进行其他开采。也不得在该位置182.88 m半径范围内从垂深457.2 m到1371.6 m的地下进行开挖、钻井或进行其他开采”。

另两个Plowshare爆炸石油圈原创www.oilsns.com

紧随Gasbuggy计划,美国又实施了另外两个Plowshare项目,它们是旨在提高天然气产量的核爆炸试验。这两个项目都在科罗拉多进行,即1969年的Rulison计划和1973年的Rio Blanco计划。Rulison计划引爆4万吨的核装置,天然气成功增产。然而,这些天然气放射性太高。Rio Blanco计划的装置总当量为3.3万吨,在单井不同深度进行了3次爆炸。

Gasbuggy计划之后 环境恢复的教训

现在Gasbuggy计划的试验地区是Carson国家森林的一部分。要不是上图的纪念碑文,没有人会知道这个区域是曾经的核爆炸场地。

现在这样的场景得益于爆炸之后数年的环境恢复工作。尽管原子气体压裂增产早已被禁止,但环境恢复工作一直在进行,这一直是油气公司进行的最重要的工作之一。包括TransCanada和Chesapeake能源公司在内的许多公司一直在做环境恢复工作。下图是Marcellus页岩储层现代水力压裂现场的照片:

核能压裂:一段悄无声息的历史

压裂之前:西弗吉尼亚州Upshur县Marcellus页岩地层正钻井现场

核能压裂:一段悄无声息的历史

井场恢复之后

在Gasbuggy计划实施的时期,美国正经历文化剧变的痛苦,最终产生了许多新的理念和运动。其中之一是环境保护论,其旨在将核武器扩散和石油工业作为主要对手。核扩散和其引起的诸多危险是环境保护主义者主要关心的问题。如今环境运动将矛头指向了水力压裂这一美国页岩气革命的关键技术。不幸的是,反压裂主义者经常不能找到合理的反对理由,包括常识和历史。相反,他们的这种反对似乎仅仅是凭思想观念和无知热情煽动起愚昧的情绪。

现在的水力压裂带来的危害与40年前“核能压裂”带来的潜在辐射相差十万八千里。如今,Gasbuggy计划留存的证据仅仅是原始自然环境下的一块小碑文以及类似这篇文章一样的报道。尽管Gasbuggy计划中核能压裂确实污染了大量天然气,但它并没有污染水源,没有给环境带来不可恢复的伤害,没有给当地带来高辐射的危险。当我们想想曾经的Gasbuggy计划时,就会发现人们对当今的水力压裂的反对绝对是反应过度了。

作者/Jeff Reed    译者/白小明       编辑/Wang Yue

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甲基橙
石油圈认证作者
毕业于中国石油大学(华东),化学工程与技术专业,长期聚焦国内外油气行业最新最有价值的行业动态,具有数十万字行业观察编译经验,如需获取油气行业分析相关资料,请联系甲基橙(QQ:1085652456;微信18202257875)

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