Naftna nauka: Zašto je tako teško bušiti ultra-duboke bušotine?

Izazov 1: Složeni sistemi pritiska u ultradubokim bunarima komplikuju dizajn strukture bušotine

Ultraduboke bušotine prodiru u brojne geološke formacije, susrećući se s vrlo složenim i isprepletenim režimima pornog pritiska. Zone visokog i niskog pritiska se izmjenjuju, 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 pritiska su ograničeni i lošeg kvaliteta. Nedostatak pouzdanih referentnih podataka, zajedno s ograničenjima oslanjanja isključivo na praćenje pritiska u realnom vremenu tokom bušenja, rezultira značajnim poteškoćama i niskom tačnošću u predviđanju pritiska u sistemu. To dovodi do značajnih grešaka u procjeni formacije, neodgovarajućeg projektovanja dubina postavljanja kolone i gustina fluida za bušenje, te ozbiljnih problema s nestabilnošću bušotine. Trenutne tehnologije ne mogu precizno predvidjeti ključne parametre poput pritiska u formaciji i mehaničkih svojstava stijena, što stvara veliku nesigurnost i čini upravljanje rizikom u bušotini izuzetno izazovnim. Na osnovu praktičnih potreba istraživanja i razvoja, gdje bi daljnje produbljivanje bušotine moglo biti potrebno, dizajn strukture bušotine mora uključivati ​​jedan ili dva rezervna dijela kolone kako bi se efikasno izolovale potencijalne zone rizika, što znatno povećava povezane troškove.

Izazov 2: Prekomjerna težina cjevovoda u ultradubokim bunarima ometa sigurno spuštanje zaštitne cijevi

Ultraduboko bušenje može naići na formacije poput puzećeg muljovca i slojeva soli i gipsa pod visokim pritiskom, što predstavlja rizik od deformacije, urušavanja i pucanja zaštitnih kolona. Ovi rizici se često ublažavaju povećanjem debljine stijenke zaštitnih kolona. U uslovima izuzetno dugih sekcija cementiranja, problemi prekomjerne dužine i težine cjevovodnih kolona postaju izraženi. Konkretno, težina zaštitnih kolona 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 nošenje tako teških zaštitnih kolona, ​​a kamoli za rukovanje operacijama okretanja tokom komplikacija ili za ispunjavanje potrebnih margina sigurnosti na zatezanje za siguran rad.

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

Izazov 3: Tvrde i složene formacije u ultradubokim bunarima ometaju efikasno 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 tačnost, posebno u novim istraživačkim područjima, što ozbiljno ometa naučni dizajn i odabir svrdla za bušenje. Trenutni asortiman svrdla za bušenje i alata za poboljšanje brzine prodiranja (ROP) je ograničen, s ograničenjima u pogledu prilagodljivosti i pouzdanosti formacije. Njihova efikasnost je slaba, a vijek trajanja kratak u izazovnim formacijama pod uslovima visoke temperature i visokog pritiska (HTHP). Postoji hitna potreba za istraživanjem novih tehnologija za efikasno razbijanje stijena u dubokim i ultradubokim bušotinama. Prijenos hidraulične i mehaničke energije je izazovan na ultra dugim dionicama, sa značajnim gubicima pritiska trenja duž bušaće kolone, što rezultira nedovoljnom snagom na svrdlu i otežava razbijanje stijena.

Izazov 4: Održavanje reologije bušaćeg fluida i stabilnosti bušotine u ultra-dubokim HTHP uslovima

Ultraduboko bušenje se suočava s temperaturama u bušotinama koje prelaze 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 pritisak otežava reološku kontrolu, visok sadržaj soli pogoršava nestabilnost sistema, a produženi rad rizikuje slijeganje uteznih materijala. Kombinacija ova četiri funkcionalna zahtjeva predstavlja ogromne, gotovo nepremostive tehničke izazove. Nadalje, postojeće tehnologije ne mogu efikasno riješiti probleme kao što su frakturiranje izazvano hlađenjem kada ultra vruće formacije naiđu na relativno hladnije bušaće tekućine ili nestabilnost bušotine uzrokovana promjenama aktivnosti vode pod ekstremnim temperaturama.

Izazov 5: Neadekvatne performanse cementnih suspenzija i srodnih tehnologija pod ultra-dubokim HTHP i složenim uslovima pritiska

Uslovi koji uključuju ultra-duboku, visoku temperaturu, duge dijelove cementiranja i složene sisteme pritiska nameću izuzetno visoke zahtjeve na svojstva cementne kaše, uključujući stabilnost suspenzije, reologiju, kontrolu migracije gasa i stabilnost čvrstoće cementa. Kritični aditivi kao što su regulatori gubitka fluida i usporivači mogu se razgraditi ili abnormalno reagovati 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 sistema 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 uslovi koji prelaze granice tolerancije kritične opreme i alata

Ultraduboke bušotine suočavaju se s ekstremnim uvjetima u bušotinama s temperaturama većim od 200°C i pritiscima preko 175 MPa (ekvivalentno pritisku 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 koji uključuju ultra-HTHP, kiselo okruženje i jake vibracije, alati, instrumenti i oprema skloni su kvarovima. To uključuje bubrenje i starenje elastomernih guma u statorima isplačnih motora i zaptivkama u alatima za udarni moment, kvar ili kvar baterije elektroničkih komponenti MWD/LWD i nedovoljnu otpornost alata za završetak procesa, što čini kritičnu opremu i alate neupotrebljivima.

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

Dubina ultradubokih bunara približava se maksimalnoj operativnoj granici trenutnih karotažnih vitla, što predstavlja izazov za energetske sisteme koji uključuju kamione velike snage, kablove visokog napona, bubnjeve velikog kapaciteta i opremu za podizanje velike čvrstoće. HTHP okruženje u bušotinama približava se gornjim granicama konvencionalnih instrumenata ultra-HTHP serije. Na međunarodnom nivou ne postoje zreli alati za specijalizirane usluge poput električnog snimanja i nuklearne magnetne rezonancije u takvim uslovima. Rizik od kvara alata zbog ograničenja temperature i pritiska je visok, što dovodi do potencijalno neuspješnih ili nekvalitetnih karotažnih snimanja. Slabljenje signala preko ultradugih kablova dužine od 13.000 metara značajno utiče na telemetrijske sisteme za žičano karotažno snimanje, što otežava osiguranje stabilne komunikacije.

Izazov 8: Osiguravanje sigurnog i efikasnog ispitivanja bušotina u ekstremnim HTHP uslovima

Proračuni zasnovani na bušotini ispunjenoj plinom pokazuju da maksimalni očekivani pritisak zatvaranja glave bušotine za ultra-duboke bušotine može premašiti 100 MPa, potencijalno uz prisustvo vodonik sulfida. Široko korišteni alati za ispitivanje i dovršavanje bušotina obično su predviđeni za 70 MPa i 175°C. Konopci za ispitivanje proizvodnje za ultra-duboke bušotine imaju relativno manje dimenzije, ali zahtijevaju visoku čvrstoću. Korištenje posebnih materijala i nestandardnih dizajna cijevi komplicira optimizaciju sistema i čini analizu i verifikaciju napona vrlo izazovnom. Trenutni fluidi za ispitivanje bušotina visoke gustoće i alati za ispitivanje u bušotinama teško ispunjavaju zahtjeve rada na ultra-visokim temperaturama, što otežava odabir optimalnih sistema fluida i alata.