- Về bản chất, chính công nghệ nứt vỡ thủy lực đã tạo nên cuộc cách mạng dầu khí đá phiến tại Mỹ và là nguyên nhân đẩy giá dầu mỏ xuống đáy trong những ngày qua.

Thực tế, con người đã phát hiện và sử dụng đá phiến dầu làm nhiên liệu đốt từ thời tiền sử. Tuy nhiên, tới giữa thế kỷ 19, việc khai khoáng dầu đá phiến với quy mô công nghiệp mới được tiến hành.

{keywords}
Dầu đá phiến đã được con người biết tới từ lâu.

Trong một thời gian dài, việc khái thác dầu đá phiến gắn liền với khai thác mỏ theo phương pháp hầm lò. Cản sản phẩm từ quá trình này được vận chuyển đi đốt phát điện hoặc trải qua quá trình xử lý để tạo ra các thành phẩm.

Tuy nhiên, do đặc điểm các túi dầu phân tán và nằm sâu dưới lòng đất nên việc khai thác dầu đá phiến gặp khá nhiều trở ngại, sản lượng thấp và chi phí rất cao. Chính vì vậy, vào khoảng thập niên 50-60 của thế kỷ trước, hầu hết các quốc gia đều đã dừng các dự án khai thác dầu đá phiến do dầu mỏ rẻ hơn đã sẵn trong khi chi phí xử lý dầu đá phiến lại quá cao.

Sau cuộc khủng hoảng dầu năm 1973, sản lượng dầu đá phiến trên thế giới đạt đến đỉnh là 46 triệu tấn trong năm 1980 và sau đó giảm xuống còn 16 triệu tấn năm 2000, do sự cạnh tranh của chương trình dầu mỏ truyền thống giá rẻ thập niên 1980.

Công nghiệp dầu đá phiến “phục sinh” trở lại vào những năm đầu thế kỷ XXI. Với công nghệ nứt vỡ thủy lực (hydraulic fracturing hay fracking), nước Mỹ đã tạo nên một cuộc cách mạng trong ngành công nghiệp dầu đá phiến khi việc khai thác loại dầu này trở nên dễ dàng với chi phí và thời gian ngắn hơn.

Nói cách khác, về bản chất, chính phần “lõi công nghệ” nứt vỡ thủy lực là thủ phạm chính đẩy giá dầu mỏ “xuống đáy” trong những ngày qua chứ không phải là bản thân dầu đá phiến.

Vậy, bí mật của công nghệ nứt vỡ thủy lực là gì?

{keywords}
Khai thác dầu đá phiến theo công nghệ nứt vỡ thủy lực.

Thực tế thì không phải tới đầu thế kỷ XXI, con người mới biết tới công nghệ nứt vỡ thủy lực. Những mũi khoan thí nghiệm theo công nghệ này đã được thực hiện vào năm 1947 và tới năm 1949 thì nó mới được áp dụng thương mại lần đầu tiên.

Tuy nhiên, việc phát triển công nghệ nứt vỡ thủy lực vào việc khai thác dầu đá phiến thì mới được phát triển vào những năm 70 của thế kỷ trước với George Mitchell, người sau này được mệnh danh là “cha đẻ kỹ thuật khai thác dầu khí đá phiến”.

Về cơ bản, công nghệ nứt vỡ thủy lực là kỹ thuật bơm chất lỏng gồm hỗn hợp nước, cát và hóa chất vào lỗ khoan với áp lực cực mạnh, làm nứt gãy các vỉa đá phiến, từ đó tạo ra các lỗ hổng để tập trung dầu và khí trong đá vào các giếng khoan để khai thác.

Trong thời gian dài sau đó, bất chấp những nghi ngờ, thậm chí chế giễu, Mitchell vẫn cần mẫn phát triển công nghệ nút vỡ thủy lực dùng cho khai thác dầu khí đá phiến. Mitchell tin rằng, với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật, việc khai thác dầu khí đá phiến bằng phương pháp này là hoàn toàn có thể.

Tới năm 2002, thấy được tiềm năng của công nghệ nứt vỡ thủy lực, hãng Devon Energy của Mỹ đã mua lại công ty của Mitchell với giá lên đến 3,5 tỉ đô la. Devon đã kết hợp kỹ thuật nứt vỡ thủy lực với kỹ thuật “khoan ngang” (horizontal drilling) để hoàn thiện công nghệ khai thác dầu khí đá phiến hiệu quả với chi phí thấp vào năm 2005.

{keywords}
Các công đoạn khai thác dầu khí đá phiến bằng công nghệ nứt vỡ thủy lực: 1. Lấy nguồn nước ngọt 2. Pha hóa chất 3. Bơm xuống giếng mỏ 4. Nước thải chảy dội ngược lại 4. Chuyển nước thải đi. Dưới đất thì khí đốt len theo kẽ nứt chảy vào giếng để bơm lên

Quá trình khai thác dầu khí đá phiến bằng công nghệ nứt vỡ thủy lực gồm các công đoạn chính sau:

- Đầu tiên người ta khoan thẳng xuống từ 1-3 km tùy theo độ sâu của các vỉa đá phiến có chứa dầu khí. Tiếp đó, kỹ thuật khoan ngang sẽ giúp mũi khoan bẻ cua một góc 90 độ và tiếp tục khoan ngang vào vỉa đá với độ sâu từ 1-2km.

- Sau khi đã có giếng khoan rồi, người ta dùng một thiết bị đặc biệt để cách ly từng vùng một trong giếng khoan ngang và tạo ra các lỗ nhỏ trên thành giếng lẫn đá phiến bằng việc kích nổ các chất nổ chứa trong thiết bị đó.

- Một hỗn hợp dung dịch gồm nước, cát và hóa chất (trong đó, nước và cát chiếm đến 99,5%) được bơm thẳng xuống giếng ngang với áp lực cao.

- Dưới áp lực cao, hỗn hợp dung dịch bị đẩy mạnh vào các lỗ nhỏ trên thành giếng tiếp xúc trực tiếp với đá phiến và khiến cấu trúc đá phiến bị phá vỡ tạo thành nhiều khe nứt li ti về mọi hướng.

- Tiếp đó, nước được bơm ngược lên trên, chuyển đi xử lý. Dầu và khí sẽ theo những khe nứt này di chuyển ngược lên và được tách lọc trên mặt đất bằng những phương pháp tương tự như đã áp dụng với dầu khí truyền thống.

Bất chấp những hoài nghi của “đối thủ” Nga, việc hoàn thiện kỹ thuật nứt vỡ thủy lực trong khai thác dầu khí đá phiến đã khiến sản lượng dầu và khí của Mỹ tăng vọt trong gần một thập kỷ qua.

Từ năm 2005-2013, sản lượng khai thác dầu và khí đá phiến ở Mỹ tăng từ 5% lên đến 35% tổng lượng dầu khí khai thác ở nước này. Hiện Mỹ đã vượt Nga, trở thành nước sản xuất khí đốt lớn nhất thế giới. Còn dầu thì từ năm 2008 đến nay, sản lượng Mỹ khai thác đã tăng đến 70%, lên mức 8,7 triệu thùng/ngày. Thậm chí, Mỹ nhiều lần tuyên bố trở thành nước sản xuất dầu lớn nhất thế giới trong năm 2014.

Tuy vậy, vũ khí bí mật tạo nên cuộc cách mạng dầu khí đá phiến của Mỹ cũng đang gây ra nhiều tranh cãi.

Play

Video mô tả quá trình khai thác dầu khí đá phiến bằng công nghệ nứt vỡ thủy lực (Nguồn: Vnreview/YouTube)

Lê Văn

Kỳ tiếp: Hiểm họa môi trường và sức khỏe của công nghiệp khai thác dầu đá phiến