Naftos mokslas: kodėl taip sunku gręžti itin gilius gręžinius?

1 iššūkis: sudėtingos slėgio sistemos itin giliuose gręžiniuose apsunkina gręžinių konstrukcijų projektavimą

Itin gilūs gręžiniai prasiskverbia pro daugybę geologinių formacijų, susidurdami su labai sudėtingais ir susipynusiais porų slėgio režimais. Aukšto ir žemo slėgio zonos kaitaliojasi, todėl dažnai kyla tarpusavyje susijusių komplikacijų, tokių kaip formacijos griūtis, užstrigę vamzdžiai, sutrikusi cirkuliacija ir smūgiai. Trūksta gręžimo duomenų apie itin gilias formacijas, o turimi seisminiai ir registravimo duomenys porų slėgiui prognozuoti yra riboti ir prastos kokybės. Patikimų etaloninių duomenų trūkumas ir apribojimai, susiję su vien tik realaus laiko slėgio stebėjimu gręžimo metu, lemia didelius sunkumus ir mažą sistemos slėgio prognozavimo tikslumą. Dėl to atsiranda didelių formacijos vertinimo klaidų, netinkamai projektuojamas apvalkalo įrengimo gylis ir gręžimo skysčio tankis, taip pat kyla rimtų gręžinio nestabilumo problemų. Dabartinės technologijos negali tiksliai numatyti pagrindinių parametrų, tokių kaip formacijos slėgis ir uolienų mechaninės savybės, todėl kyla didelis neapibrėžtumas ir itin sudėtinga valdyti gręžinio gręžimo riziką. Remiantis praktiniais žvalgymo ir plėtros poreikiais, kai gali prireikti toliau gilinti gręžinį, gręžinio konstrukcijos projekte turi būti numatyta viena ar dvi atsarginės apvalkalo sekcijos, kad būtų galima veiksmingai izoliuoti galimas rizikos zonas, o tai žymiai padidina susijusias išlaidas.

2 iššūkis: per didelis vamzdžių atkarpos svoris itin giliuose gręžiniuose trukdo saugiai eksploatuoti apvalkalus

Itin giliai gręžiant gali susidaryti tokių darinių kaip šliaužiantis molio akmuo ir aukšto slėgio druskos-gipso sluoksniai, kurie kelia apvalkalo deformacijos, griūties ir plyšimo riziką. Ši rizika dažnai sumažinama padidinant apvalkalo stygų sienelių storį. Esant itin ilgiems cementavimo ruožams, išryškėja per didelio vamzdžių stygų ilgio ir svorio problemos. Tiksliau, apvalkalo stygos svoris gali viršyti net 12 000 metrų ilgio platformos saugią apkrovos ribą (900 tonų, tai atitinka 150–180 suaugusių afrikinių dramblių bendrą svorį). Esamų platformų keliamoji galia yra nepakankama, kad būtų galima normaliai pakabinti tokias sunkias apvalkalo stygas, jau nekalbant apie iškritimo operacijas komplikacijų metu ar reikiamų tempimo saugos ribų, kad būtų užtikrintas saugus eksploatavimas, laikymąsi.

15 240 metrų:2022 m. spalį ADNOC pasiekė naują giliausio gręžinio pasaulio rekordą, išgręždamas horizontalų gręžinį UZ-688 Aukštutinio Zakumo telkinyje, kurio bendras gylis (išmatuotas gylis) siekė 15 240 metrų.

3 iššūkis: Kietos ir sudėtingos formacijos itin giliuose gręžiniuose trukdo efektyviai ardyti uolienas ir pagreitinti bendrą gręžimą

Itin gilių gręžinių formacijos yra sudėtingos, labai abrazyvios ir prastai gręžiamos. Esami gręžimo tinkamumo vertinimo metodai yra nepakankami ir jiems trūksta prognozavimo tikslumo, ypač naujose žvalgymo srityse, o tai labai trukdo moksliniam grąžtų projektavimui ir parinkimui. Dabartinis grąžtų ir įsiskverbimo greičio (ROP) didinimo įrankių asortimentas yra ribotas, o formacijos pritaikomumas ir patikimumas yra apriboti. Jų efektyvumas yra prastas, o tarnavimo laikas yra trumpas sudėtingose ​​formacijose, esant aukštai temperatūrai ir aukštam slėgiui (HTHP). Būtina skubiai ištirti naujas technologijas, skirtas efektyviam uolienų ardymui giliuose ir itin giliuose gręžiniuose. Hidraulinės ir mechaninės energijos perdavimas yra sudėtingas itin ilgose atkarpose, kai gręžimo stygoje yra dideli trinties slėgio nuostoliai, todėl grąžte nepakanka galios ir sunku ardyti uolienas.

4 iššūkis: gręžimo skysčio reologijos ir gręžinio stabilumo palaikymas itin giliomis HTHP sąlygomis

Itin gilus gręžimas susiduria su gręžinio temperatūra, viršijančia 200 °C, todėl gręžimo skysčiai turi būti atsparūs aukštai temperatūrai, didelio tankio, toleruoti druskas ir būti ilgalaikio stabilumo. Aukšta temperatūra gali sukelti medžiagų gedimą, didelis slėgis apsunkina reologinę kontrolę, didelis druskos kiekis padidina sistemos nestabilumą, o ilgalaikis veikimas kelia svorį laikančių medžiagų nusmukimo riziką. Šių keturių funkcinių reikalavimų derinys kelia didžiulių, beveik neįveikiamų techninių iššūkių. Be to, esamos technologijos negali veiksmingai išspręsti tokių problemų kaip aušinimo sukeltas trūkinėjimas, kai itin karštos formacijos susiduria su santykinai vėsesniais gręžimo skysčiais, arba gręžinio nestabilumas, kurį sukelia vandens aktyvumo pokyčiai esant ekstremaliai temperatūrai.

5 iššūkis: nepakankamas cemento suspensijų ir susijusių technologijų veikimas esant itin giliam HTHP ir sudėtingam slėgiui

Sąlygos, susijusios su itin dideliu gyliu, aukšta temperatūra, ilgomis cementavimo atkarpomis ir sudėtingomis slėgio sistemomis, kelia itin aukštus reikalavimus cemento skiedinio savybėms, įskaitant suspensijos stabilumą, reologiją, dujų migracijos kontrolę ir cemento sukietėjimo stiprumo stabilumą. Svarbiausi priedai, tokie kaip skysčių nuostolių reguliatoriai ir lėtikliai, esant itin aukštai temperatūrai, gali skilti arba neįprastai reaguoti, dėl to gali sutrikti veikimas ir kilti rimtų incidentų gręžinių gręžiniuose. Itin aukštos temperatūros aplinka taip pat kelia griežtus reikalavimus priedų sistemos ir medžiagų, užkertančių kelią cemento stiprumo mažėjimui, suderinamumui.

9 396 metrai:2023 m. „Tarim Oilfield“ gręžinys „Guole 3C“ pasiekė giliausio horizontalaus gręžinio Azijoje (išmatuotas gylis) rekordą.

6 iššūkis: HTHP sąlygos, viršijančios kritinės įrangos ir įrankių tolerancijos ribas

Itin gilūs gręžiniai susiduria su ekstremaliomis sąlygomis, kai temperatūra viršija 200 °C, o slėgis – daugiau nei 175 MPa (atitinka vandens slėgį 17 500 metrų gylyje, gerokai viršijantį Marianų tranšėjos dugne esantį slėgį). Daugelio esamų gręžinių įrangos temperatūros riba yra apie 175 °C. Esant atšiaurioms eksploatavimo sąlygoms, kurioms būdingas itin aukštas aukštas slėgis (ultra-HTHP), rūgštinė aplinka ir stipri vibracija, įrankiai, instrumentai ir įranga yra linkę į gedimus. Tai apima purvo variklių statorių elastomerinių gumų ir sukimo momento smūginių įrankių sandariklių patinimą ir senėjimą, MWD/LWD elektroninių komponentų gedimus ar akumuliatoriaus išsikrovimą ir nepakankamą užbaigimo įrankių atsparumą slėgiui, dėl kurių svarbiausia įranga ir įrankiai tampa neveikiantys.

7 iššūkis: Nauji reikalavimai medienos ruošos technologijoms iš itin gilių, HTHP ir mažo skersmens gręžinių

Itin gilių gręžinių gylis artėja prie maksimalios dabartinių miško kirtimo gervių eksploatavimo ribos, o tai kelia iššūkių elektros energijos sistemoms, kuriose naudojami didelės galios sunkvežimiai, aukštos įtampos kabeliai, didelės talpos būgnai ir didelio stiprumo kėlimo įranga. Aukšto slėgio kuro gręžinių (HTHP) aplinka artėja prie įprastų ultra-HTHP serijos prietaisų viršutinių ribų. Tarptautiniu mastu nėra brandžių prietaisų, skirtų specializuotoms paslaugoms, tokioms kaip elektrinis vaizdavimas ir branduolinis magnetinis rezonansas, tokiomis sąlygomis. Prietaiso gedimo rizika dėl temperatūros ir slėgio ribų yra didelė, todėl gali būti nesėkmingi arba prastos kokybės žurnalai. Signalo slopinimas per 13 000 metrų itin ilgus kabelius daro didelę įtaką laidinio ryšio telemetrijos sistemoms, todėl sunku užtikrinti stabilų ryšį.

8-asis iššūkis: užtikrinti saugų ir efektyvų gręžinių bandymą ekstremaliomis HTHP sąlygomis

Skaičiavimai, pagrįsti dujomis užpildytu gręžiniu, rodo, kad didžiausias numatomas uždarymo slėgis itin giliems gręžiniams gali viršyti 100 MPa, galbūt esant vandenilio sulfidui. Plačiai naudojami gręžinių bandymo ir užbaigimo įrankiai paprastai yra skirti 70 MPa ir 175 °C temperatūrai. Itin gilių gręžinių gamybos bandymų stygos yra santykinai mažesnių dydžių, tačiau joms reikalingas didelis stiprumas. Specialių medžiagų ir nestandartinių vamzdžių konstrukcijų naudojimas apsunkina sistemos optimizavimą ir labai apsunkina įtempių analizę bei patikrinimą. Dabartiniai didelio tankio gręžinių bandymo skysčiai ir gręžinių bandymo įrankiai sunkiai atitinka itin aukštos temperatūros operacijų reikalavimus, todėl sunku pasirinkti optimalias skysčių sistemas ir įrankius.