Naftna znanost: Zašto je tako teško bušiti ultraduboke bušotine?

Izazov 1: Složeni tlačni sustavi u ultradubokim bušotinama kompliciraju projektiranje strukture bušotine

Ultraduboke bušotine prodiru u brojne geološke formacije, susrećući se s vrlo složenim i isprepletenim režimima pornog tlaka. Izmjenjuju se zone visokog i niskog tlaka, što dovodi do čestih i isprepletenih komplikacija poput urušavanja formacije, zaglavljivanja cijevi, gubitka cirkulacije i udara. Postoji manjak podataka o bušenju za ultraduboke formacije, a dostupni seizmički i karotažni podaci za predviđanje pornog tlaka su ograničeni i loše kvalitete. Nedostatak pouzdanih referentnih podataka, zajedno s ograničenjima oslanjanja isključivo na praćenje tlaka u stvarnom vremenu tijekom bušenja, rezultira značajnim poteškoćama i niskom točnošću u predviđanju tlakova u sustavu. To dovodi do značajnih pogrešaka u procjeni formacije, neprikladnog projektiranja dubina postavljanja kolone i gustoća bušaće tekućine te ozbiljnih problema s nestabilnošću bušotine. Trenutne tehnologije ne mogu točno predvidjeti ključne parametre poput tlaka u formaciji i mehaničkih svojstava stijena, što stvara veliku nesigurnost i čini upravljanje rizikom u bušotini izuzetno izazovnim. Na temelju praktičnih potreba istraživanja i razvoja, gdje bi daljnje produbljivanje bušotine moglo biti potrebno, projektiranje strukture bušotine mora uključivati ​​jedan ili dva rezervna dijela kolone kako bi se učinkovito izolirale potencijalne zone rizika, što znatno povećava povezane troškove.

Izazov 2: Prekomjerna težina cjevovoda u ultradubokim bušotinama ometa sigurne operacije spuštanja zaštitne cijevi

Ultraduboko bušenje može naići na formacije poput puzajućeg muljevca i slojeva soli i gipsa pod visokim tlakom, što predstavlja rizik od deformacije, urušavanja i puknuća zaštitne kolone. Ti se rizici često ublažavaju povećanjem debljine stijenke zaštitne kolone. U uvjetima izuzetno dugih dijelova cementiranja, problemi prekomjerne duljine i težine cjevovodnih kolona postaju izraženi. Točnije, težina zaštitne kolone može premašiti sigurnu granicu opterećenja čak i platforme za bušenje od 12 000 metara (900 tona, što je ekvivalentno ukupnoj težini 150 do 180 odraslih afričkih slonova). Kapacitet dizanja postojećih platformi nije dovoljan za normalno podnošenje tako teških zaštitnih kolona, ​​a kamoli za rukovanje operacijama okretanja tijekom komplikacija ili zadovoljavanje potrebnih granica vlačne sigurnosti za siguran rad.

15.240 metara:U listopadu 2022. godine, ADNOC je postavio novi svjetski rekord za najdublju bušotinu svojom horizontalnom bušotinom UZ-688 u polju Gornji Zakum, dosegnuvši ukupnu dubinu (izmjerenu dubinu) od 15.240 metara.

Izazov 3: Tvrde i složene formacije u ultradubokim bušotinama ometaju učinkovito razbijanje stijena i ukupno ubrzanje bušenja

Formacije u ultradubokim bušotinama su složene, vrlo abrazivne i imaju slabu bušivost. Postojeće metode za procjenu bušivosti su neadekvatne i nedostaje im prediktivna točnost, posebno u novim istraživačkim područjima, što ozbiljno ometa znanstveni dizajn i odabir svrdla za bušenje. Trenutni raspon svrdla za bušenje i alata za poboljšanje brzine prodiranja (ROP) je ograničen, s ograničenjima u pogledu prilagodljivosti i pouzdanosti formacije. Njihova učinkovitost je slaba, a vijek trajanja kratak u zahtjevnim formacijama pod uvjetima visoke temperature i visokog tlaka (HTHP). Postoji hitna potreba za istraživanjem novih tehnologija za učinkovito razbijanje stijena u dubokim i ultradubokim bušotinama. Prijenos hidraulične i mehaničke energije je izazovan na ultradugim dionicama, sa značajnim gubicima tlaka trenja duž bušaće kolone, što rezultira nedovoljnom snagom na svrdlu i otežava razbijanje stijena.

Izazov 4: Održavanje reologije bušaće tekućine i stabilnosti bušotine u ultra-dubokim HTHP uvjetima

Ultraduboko bušenje suočava se s temperaturama u bušotini većim od 200°C, što zahtijeva da bušaće tekućine posjeduju otpornost na visoke temperature, visoku gustoću, toleranciju na sol i dugoročnu stabilnost. Visoke temperature mogu uzrokovati oštećenje materijala, visoki tlak otežava reološku kontrolu, visok sadržaj soli pogoršava nestabilnost sustava, a dugotrajni rad riskira slijeganje uteznih materijala. Kombinacija ova četiri funkcionalna zahtjeva predstavlja ogromne, gotovo nepremostive tehničke izazove. Nadalje, postojeće tehnologije ne mogu učinkovito riješiti probleme poput lomljenja uzrokovanog hlađenjem kada ultra vruće formacije naiđu na relativno hladnije bušaće tekućine ili nestabilnost bušotine uzrokovanu promjenama aktivnosti vode pod ekstremnim temperaturama.

Izazov 5: Neadekvatne performanse cementnih suspenzija i pridruženih tehnologija pod ultra-dubokim HTHP-om i složenim uvjetima tlaka

Uvjeti koji uključuju ultra-duboku, visoku temperaturu, duge dijelove cementiranja i složene sustave tlaka nameću izuzetno visoke zahtjeve na svojstva cementne kaše, uključujući stabilnost suspenzije, reologiju, kontrolu migracije plina i stabilnost čvrstoće cementa. Kritični aditivi poput regulatora gubitka fluida i usporivača mogu se razgraditi ili abnormalno reagirati pod ultra-visokim temperaturama, što dovodi do funkcionalnog kvara i potencijalno ozbiljnih incidenata u bušotinama. Okruženje ultra-visokih temperatura također postavlja stroge zahtjeve na kompatibilnost između sustava aditiva i materijala koji sprječavaju nazadovanje čvrstoće cementa.

9.396 metara:Bušotina Guole 3C naftnog polja Tarim postavila je 2023. godine rekord za najdublju horizontalnu bušotinu u Aziji (izmjerena dubina).

Izazov 6: HTHP uvjeti koji prelaze granice tolerancije kritične opreme i alata

Ultraduboke bušotine suočavaju se s ekstremnim uvjetima u bušotinama s temperaturama većim od 200 °C i tlakovima većim od 175 MPa (što je ekvivalentno tlaku vode na dubini od 17 500 metara, što daleko premašuje onaj na dnu Marijanskog rova). Temperaturno ograničenje za većinu postojeće opreme u bušotinama je oko 175 °C. U teškim radnim uvjetima s ultra-HTHP-om, kiselim okruženjima i jakim vibracijama, alati, instrumenti i oprema skloni su kvarovima. To uključuje bubrenje i starenje elastomernih guma u statorima isplačnih motora i brtvama u alatima za udarni moment, kvar ili kvar baterije elektroničkih komponenti MWD/LWD te nedovoljnu otpornost na tlak alata za dovršetak, što čini kritičnu opremu i alate neupotrebljivima.

Izazov 7: Novi zahtjevi za tehnologiju karotažnih mjerenja iz ultradubokih, HTHP i bušotina malog promjera

Dubina ultradubokih bušotina približava se maksimalnoj operativnoj granici trenutnih karotažnih vitla, što predstavlja izazov za energetske sustave koji uključuju kamione velike snage, visokonaponske kabele, bubnjeve velikog kapaciteta i opremu za dizanje velike čvrstoće. HTHP okruženje u bušotinama približava se gornjim granicama konvencionalnih instrumenata ultra-HTHP serije. Na međunarodnoj razini ne postoje zreli alati za specijalizirane usluge poput električnog snimanja i nuklearne magnetske rezonancije u takvim uvjetima. Rizik od kvara alata zbog ograničenja temperature i tlaka je visok, što dovodi do potencijalno neuspješnih ili nekvalitetnih karotažnih snimanja. Slabljenje signala preko ultradugih kabela od 13 000 metara značajno utječe na telemetrijske sustave za žičano karotažno snimanje, što otežava osiguranje stabilne komunikacije.

Izazov 8: Osiguravanje sigurnog i učinkovitog ispitivanja bušotina u ekstremnim HTHP uvjetima

Izračuni temeljeni na bušotini ispunjenoj plinom pokazuju da maksimalni očekivani tlak zatvaranja glave bušotine za ultraduboke bušotine može premašiti 100 MPa, potencijalno uz prisutnost sumporovodika. Široko korišteni alati za ispitivanje i dovršavanje bušotina obično su predviđeni za 70 MPa i 175 °C. Konopci za ispitivanje proizvodnje za ultraduboke bušotine imaju relativno manje dimenzije, ali zahtijevaju visoku čvrstoću. Korištenje posebnih materijala i nestandardnih dizajna cijevi komplicira optimizaciju sustava i čini analizu i provjeru naprezanja vrlo izazovnom. Trenutni fluidi za ispitivanje bušotina visoke gustoće i alati za ispitivanje u bušotinama teško zadovoljavaju zahtjeve rada na ultra visokim temperaturama, što otežava odabir optimalnih sustava fluida i alata.