Öljytiede: Miksi erittäin syvien kaivojen poraaminen on niin vaikeaa?

Haaste 1: Monimutkaiset painejärjestelmät erittäin syvissä kaivoissa vaikeuttavat kaivonreiän rakenteen suunnittelua

Erittäin syvät kaivot lävistävät lukuisia geologisia muodostumia ja kohtaavat erittäin monimutkaisia ​​ja toisiinsa kietoutuneita huokospainealueita. Korkean ja matalan paineen vyöhykkeet vuorottelevat, mikä johtaa usein esiintyviin ja toisiinsa kietoutuneisiin komplikaatioihin, kuten muodostuman romahtamiseen, putken juuttumiseen, kiertohäiriöihin ja potkuihin. Erittäin syvistä muodostumista on saatavilla niukasti porausdataa, ja saatavilla olevat seismiset ja lokitiedot huokospaineen ennustamiseen ovat rajalliset ja heikkolaatuiset. Luotettavien vertailutietojen puute yhdistettynä pelkästään reaaliaikaiseen paineenseurantaan porauksen aikana johtaa merkittäviin vaikeuksiin ja heikkoon tarkkuuteen järjestelmän paineiden ennustamisessa. Tämä johtaa huomattaviin virheisiin muodostuman arvioinnissa, putkien asennussyvyyksien ja porausnesteen tiheyksien virheelliseen suunnitteluun sekä vakaviin kaivonreiän epävakausongelmiin. Nykyiset teknologiat eivät pysty ennustamaan tarkasti keskeisiä parametreja, kuten muodostuman painetta ja kalliomekaanisia ominaisuuksia, mikä luo suurta epävarmuutta ja tekee porausreiän riskienhallinnasta erittäin haastavaa. Käytännön etsintä- ja kehitystarpeiden perusteella, joissa kaivon syventäminen edelleen saattaa olla tarpeen, kaivonreiän rakenteen suunnittelussa on oltava yksi tai kaksi varaputkiosaa mahdollisten riskialueiden tehokkaaksi eristämiseksi, mikä lisää merkittävästi niihin liittyviä kustannuksia.

Haaste 2: Liiallinen putkilinjan paino erittäin syvissä kaivoissa estää putkiston turvallisen käytön

Erittäin syväporauksessa voidaan kohdata muodostumia, kuten hiipivää lietekivimuodostumaa ja korkeapaineisia suola-kipsikerroksia, jotka aiheuttavat putkilinjan muodonmuutoksen, romahduksen ja repeämisen riskin. Näitä riskejä lievennetään usein lisäämällä putkilinjojen seinämän paksuutta. Erittäin pitkien sementointiosuuksien olosuhteissa putkilinjojen liiallisen pituuden ja painon ongelmat korostuvat. Tarkemmin sanottuna putkilinjan paino voi ylittää jopa 12 000 metrin porauslautan turvallisen kuormitusrajan (900 tonnia, mikä vastaa 150–180 aikuisen afrikannorsun yhteenlaskettua painoa). Nykyisten porauslauttojen nostokapasiteetti ei riitä tällaisten raskaiden putkilinjojen normaaliin ripustamiseen, puhumattakaan laukaisun toimenpiteistä komplikaatioiden aikana tai vaadittujen vetolujuusmarginaalien täyttämisestä turvallisen käytön varmistamiseksi.

15 240 metriä:Lokakuussa 2022 ADNOC teki uuden syvimmän kaivon maailmanennätyksen UZ-688-vaakasuoralla kaivollaan Ylä-Zakumin kentällä, saavuttaen 15 240 metrin kokonaissyvyyden (mitattu syvyys).

Haaste 3: Kovat ja monimutkaiset muodostumat erittäin syvissä kaivoissa haittaavat tehokasta kallionmurtamista ja porauksen kokonaisnopeutta

Erittäin syvien kaivojen muodostumat ovat monimutkaisia, erittäin kuluttavia ja niiden porattavuus on heikko. Nykyiset porattavuuden arviointimenetelmät ovat riittämättömiä ja niiltä puuttuu ennustustarkkuus, erityisesti uusilla malminetsintäalueilla, mikä haittaa vakavasti poranterien tieteellistä suunnittelua ja valintaa. Nykyinen poranterien ja tunkeutumisnopeuden (ROP) parannustyökalujen valikoima on rajallinen, ja muodostuman sopeutumiskyky ja luotettavuus ovat rajoitettuja. Niiden tehokkuus on heikko ja käyttöikä on lyhyt haastavissa muodostumissa korkeissa lämpötiloissa ja korkeassa paineessa (HTHP). On kiireellisesti tutkittava uusia teknologioita tehokkaaseen kallionmurtoon syvissä ja erittäin syvissä kaivoissa. Hydraulisen ja mekaanisen energian siirto on haastavaa erittäin pitkillä osuuksilla, ja porausketjun pitkin esiintyy merkittäviä kitkapainehäviöitä, mikä johtaa riittämättömään tehoon terässä ja vaikeuttaa kallionmurtamista.

Haaste 4: Porausnesteen reologian ja kaivonreiän vakauden ylläpitäminen erittäin syvissä korkeapaineolosuhteissa

Erittäin syväporauksessa porausreiän lämpötilat voivat nousta yli 200 °C:een, mikä edellyttää porausnesteiltä korkean lämpötilan kestävyyttä, suurta tiheyttä, suolansietokykyä ja pitkäaikaista vakautta. Korkeat lämpötilat voivat aiheuttaa materiaalivaurioita, korkea paine vaikeuttaa reologista hallintaa, korkea suolapitoisuus pahentaa järjestelmän epävakautta ja pitkäaikainen käyttö voi aiheuttaa painotusmateriaalien roikkumisen riskin. Näiden neljän toiminnallisen vaatimuksen yhdistelmä asettaa valtavia, lähes ylitsepääsemättömiä teknisiä haasteita. Lisäksi nykyiset teknologiat eivät pysty tehokkaasti ratkaisemaan ongelmia, kuten jäähtymisen aiheuttamaa murtumista, kun erittäin kuumat muodostumat kohtaavat suhteellisen viileämpiä porausnesteitä, tai porausreiän epävakautta, joka johtuu veden aktiivisuuden muutoksista äärimmäisissä lämpötiloissa.

Haaste 5: Sementtilietteiden ja niihin liittyvien teknologioiden riittämätön suorituskyky erittäin syvissä korkeapaineisissa paineolosuhteissa ja monimutkaisissa paineolosuhteissa

Erittäin syvät valuma-alueet, korkeat lämpötilat, pitkät sementointiosuudet ja monimutkaiset painejärjestelmät asettavat erittäin korkeita vaatimuksia sementtilietteen ominaisuuksille, mukaan lukien suspension stabiilisuus, reologia, kaasun kulkeutumisen hallinta ja sementin kovettumislujuuden vakaus. Kriittiset lisäaineet, kuten nestehäviön säätöaineet ja hidastimet, voivat hajota tai reagoida epänormaalisti erittäin korkeissa lämpötiloissa, mikä johtaa toiminnallisiin vaurioihin ja mahdollisesti vakaviin porausreikäonnettomuuksiin. Erittäin korkea lämpötila asettaa myös tiukat vaatimukset lisäainejärjestelmän ja materiaalien yhteensopivuudelle, mikä estää sementin lujuuden heikkenemisen.

9 396 metriä:Vuonna 2023 Tarim Oilfieldin Guole 3C -kaivo teki ennätyksen Aasian syvimpänä vaakasuorana kaivona (mitattu syvyys).

Haaste 6: Kriittisten laitteiden ja työkalujen toleranssirajat ylittävät HTHP-olosuhteet

Erittäin syvät kaivot kohtaavat äärimmäisiä olosuhteita pinnan alla, joissa lämpötilat ylittävät 200 °C ja paineet yli 175 MPa (vastaa vedenpainetta 17 500 metrin syvyydessä ja ylittää reilusti Mariaanien haudan pohjan paineen). Useimpien olemassa olevien pinnan alla olevien laitteiden lämpötilaraja on noin 175 °C. Ankarissa käyttöolosuhteissa, joissa esiintyy erittäin korkeaa painetta, happamia ympäristöjä ja voimakkaita tärinöitä, työkalut, instrumentit ja laitteet ovat alttiita vioille. Näitä ovat mutamoottorin staattoreiden elastomeerikumien ja vääntömomentti-iskutyökalujen tiivisteiden turpoaminen ja vanheneminen, MWD/LWD-elektronisten komponenttien toimintahäiriöt tai akun viat sekä työkalujen riittämätön paineenkestävyys, mikä tekee kriittisistä laitteista ja työkaluista käyttökelvottomia.

Haaste 7: Uudet vaatimukset metsätiedonkeruuteknologialle erittäin syvissä, korkeapaineisissa ja pieniläpimittaisissa porarei'issä

Erittäin syvien kaivojen syvyys lähestyy nykyisten metsäkonevinssien enimmäiskäyttörajaa, mikä asettaa haasteita suuritehoisille kuorma-autoille, suurjännitekaapeleille, suurikapasiteettisille rumpuille ja erittäin lujille nostolaitteille. Porakaivon HTHP-ympäristö lähestyy perinteisten ultra-HTHP-sarjan instrumenttien ylärajoja. Kansainvälisesti ei ole olemassa kypsiä työkaluja erikoispalveluihin, kuten sähkökuvantamiseen ja ydinmagneettiseen resonanssiin, tällaisissa olosuhteissa. Työkalujen vikaantumisriski lämpötila- ja painerajojen vuoksi on suuri, mikä voi johtaa epäonnistuneisiin tai heikkolaatuisiin lokeihin. Signaalin vaimennus 13 000 metrin erittäin pitkien kaapeleiden yli vaikuttaa merkittävästi langallisten tiedonsiirtojärjestelmien telemetriajärjestelmiin, mikä vaikeuttaa vakaan tiedonsiirron varmistamista.

Haaste 8: Turvallisen ja tehokkaan kaivotestauksen varmistaminen äärimmäisissä korkeapaineolosuhteissa

Kaasutäytteiseen porausreikään perustuvat laskelmat osoittavat, että erittäin syvien kaivojen odotettu sulkeutumispaine voi ylittää 100 MPa, mahdollisesti rikkivetyä läsnä ollessa. Laajalti käytetyt kaivojen testaus- ja täydennystyökalut on tyypillisesti mitoitettu 70 MPa:lle ja 175 °C:lle. Erittäin syvien kaivojen tuotantotestausketjut ovat suhteellisen pienempiä, mutta ne vaativat suurta lujuutta. Erikoismateriaalien ja epästandardien putkirakenteiden käyttö vaikeuttaa järjestelmän optimointia ja tekee jännitysanalyysistä ja todentamisesta erittäin haastavaa. Nykyiset tiheät kaivontestausnesteet ja porausreiän testaustyökalut eivät pysty täyttämään erittäin korkeiden lämpötilojen vaatimuksia, mikä tekee optimaalisten nestejärjestelmien ja työkalujen valinnasta vaikeaa.