Επιστήμη Πετρελαίου: Γιατί είναι τόσο δύσκολο να γίνουν γεωτρήσεις με υπερβολικά μεγάλο βάθος;

Πρόκληση 1: Πολύπλοκα συστήματα πίεσης σε εξαιρετικά βαθιά πηγάδια περιπλέκουν τον σχεδιασμό της δομής του φρέατος

Τα εξαιρετικά βαθιά πηγάδια διεισδύουν σε πολυάριθμους γεωλογικούς σχηματισμούς, αντιμετωπίζοντας εξαιρετικά πολύπλοκα και αλληλένδετα καθεστώτα πίεσης πόρων. Οι ζώνες υψηλής και χαμηλής πίεσης εναλλάσσονται, οδηγώντας σε συχνές και αλληλένδετες επιπλοκές όπως κατάρρευση σχηματισμού, κολλημένο σωλήνα, απώλεια κυκλοφορίας και κλωτσιές. Υπάρχει έλλειψη δεδομένων γεώτρησης για εξαιρετικά βαθιούς σχηματισμούς και τα διαθέσιμα σεισμικά και καταγραφικά δεδομένα για την πρόβλεψη της πίεσης των πόρων είναι περιορισμένα και κακής ποιότητας. Η έλλειψη αξιόπιστων δεδομένων αναφοράς, σε συνδυασμό με τους περιορισμούς της αποκλειστικής εξάρτησης από την παρακολούθηση της πίεσης σε πραγματικό χρόνο κατά τη γεώτρηση, οδηγεί σε σημαντικές δυσκολίες και χαμηλή ακρίβεια στην πρόβλεψη των πιέσεων του συστήματος. Αυτό οδηγεί σε σημαντικά σφάλματα στην αξιολόγηση του σχηματισμού, ακατάλληλο σχεδιασμό βάθους τοποθέτησης περιβλήματος και πυκνότητας υγρού γεώτρησης, και σοβαρά προβλήματα αστάθειας του φρέατος. Οι τρέχουσες τεχνολογίες δεν μπορούν να προβλέψουν με ακρίβεια βασικές παραμέτρους όπως η πίεση του σχηματισμού και οι μηχανικές ιδιότητες του βράχου, δημιουργώντας υψηλή αβεβαιότητα και καθιστώντας τη διαχείριση του κινδύνου στο κάτω μέρος της γεώτρησης εξαιρετικά δύσκολη. Με βάση τις πρακτικές ανάγκες εξερεύνησης και ανάπτυξης, όπου μπορεί να είναι απαραίτητη η περαιτέρω εμβάθυνση του φρέατος, ο σχεδιασμός της δομής του φρέατος πρέπει να ενσωματώνει ένα ή δύο τμήματα περιβλήματος έκτακτης ανάγκης για την αποτελεσματική απομόνωση πιθανών ζωνών κινδύνου, αυξάνοντας σημαντικά το σχετικό κόστος.

Πρόκληση 2: Το υπερβολικό βάρος των σωλήνων σε εξαιρετικά βαθιά φρεάτια εμποδίζει την ασφαλή λειτουργία του περιβλήματος

Οι εξαιρετικά βαθιές γεωτρήσεις ενδέχεται να συναντήσουν σχηματισμούς όπως έρποντες λασπόλιθους και στρώματα αλατιού-γύψου υψηλής πίεσης, γεγονός που δημιουργεί κινδύνους παραμόρφωσης, κατάρρευσης και ρήξης του περιβλήματος. Αυτοί οι κίνδυνοι συχνά μετριάζονται με την αύξηση του πάχους τοιχώματος των σωλήνων του περιβλήματος. Υπό συνθήκες εξαιρετικά μεγάλων τμημάτων τσιμεντοποίησης, τα προβλήματα υπερβολικού μήκους και βάρους των σωλήνων γίνονται έντονα. Συγκεκριμένα, το βάρος του σωλήνος του περιβλήματος μπορεί να υπερβεί το ασφαλές όριο φόρτωσης ακόμη και μιας πλατφόρμας γεώτρησης 12.000 μέτρων (900 τόνοι, που ισοδυναμούν με το συνδυασμένο βάρος 150 έως 180 ενήλικων αφρικανικών ελεφάντων). Η ικανότητα ανύψωσης των υπαρχόντων εγκαταστάσεων είναι ανεπαρκής για την κανονική ανάρτηση τέτοιων βαριών σωλήνων περιβλήματος, πόσο μάλλον για την αντιμετώπιση εργασιών ενεργοποίησης κατά τη διάρκεια επιπλοκών ή την κάλυψη των απαιτούμενων περιθωρίων ασφαλείας εφελκυσμού για ασφαλή λειτουργία.

15.240 μέτρα:Τον Οκτώβριο του 2022, η ADNOC σημείωσε νέο παγκόσμιο ρεκόρ για το βαθύτερο πηγάδι με το οριζόντιο πηγάδι UZ-688 στο πεδίο Upper Zakum, φτάνοντας σε συνολικό βάθος (μετρημένο βάθος) 15.240 μέτρων.

Πρόκληση 3: Οι σκληροί και σύνθετοι σχηματισμοί σε εξαιρετικά βαθιά πηγάδια εμποδίζουν την αποτελεσματική θραύση πετρωμάτων και τη συνολική επιτάχυνση της γεώτρησης

Οι σχηματισμοί σε εξαιρετικά βαθιά πηγάδια είναι πολύπλοκοι, εξαιρετικά λειαντικοί και έχουν χαμηλή ικανότητα διάτρησης. Οι υπάρχουσες μέθοδοι για την αξιολόγηση της ικανότητας διάτρησης είναι ανεπαρκείς και στερούνται προγνωστικής ακρίβειας, ιδιαίτερα σε νέες περιοχές εξερεύνησης, γεγονός που εμποδίζει σοβαρά τον επιστημονικό σχεδιασμό και την επιλογή των τρυπανιών. Η τρέχουσα γκάμα τρυπανιών και εργαλείων βελτίωσης ρυθμού διείσδυσης (ROP) είναι περιορισμένη, με περιορισμούς στην προσαρμοστικότητα και την αξιοπιστία των σχηματισμών. Η αποτελεσματικότητά τους είναι χαμηλή και η διάρκεια ζωής τους σύντομη σε απαιτητικούς σχηματισμούς υπό συνθήκες υψηλής θερμοκρασίας και υψηλής πίεσης (HTHP). Υπάρχει επείγουσα ανάγκη να διερευνηθούν νέες τεχνολογίες για αποτελεσματική θραύση πετρωμάτων σε βαθιά και εξαιρετικά βαθιά πηγάδια. Η μετάδοση υδραυλικής και μηχανικής ενέργειας είναι δύσκολη σε εξαιρετικά μεγάλα τμήματα, με σημαντικές απώλειες πίεσης τριβής κατά μήκος της σειράς γεώτρησης, με αποτέλεσμα την ανεπαρκή ισχύ στο τρυπάνι και τη δυσκολία της θραύσης του βράχου.

Πρόκληση 4: Διατήρηση της ρεολογίας του ρευστού γεώτρησης και της σταθερότητας του φρέατος υπό συνθήκες υπερβαθύ HTHP

Η εξαιρετικά βαθιά γεώτρηση αντιμετωπίζει θερμοκρασίες στο εσωτερικό της γεώτρησης που υπερβαίνουν τους 200°C, απαιτώντας από τα υγρά γεώτρησης να διαθέτουν αντοχή σε υψηλές θερμοκρασίες, υψηλή πυκνότητα, ανοχή σε αλάτι και μακροπρόθεσμη σταθερότητα. Οι υψηλές θερμοκρασίες μπορούν να προκαλέσουν αστοχία υλικού, η υψηλή πίεση δυσχεραίνει τον ρεολογικό έλεγχο, η υψηλή περιεκτικότητα σε αλάτι επιδεινώνει την αστάθεια του συστήματος και η παρατεταμένη λειτουργία διακινδυνεύει την χαλάρωση των υλικών που επιβαρύνουν. Ο συνδυασμός αυτών των τεσσάρων λειτουργικών απαιτήσεων παρουσιάζει τεράστιες, σχεδόν ανυπέρβλητες τεχνικές προκλήσεις. Επιπλέον, οι υπάρχουσες τεχνολογίες δεν μπορούν να αντιμετωπίσουν αποτελεσματικά ζητήματα όπως η ρωγμάτωση που προκαλείται από την ψύξη όταν οι εξαιρετικά θερμοί σχηματισμοί συναντούν σχετικά ψυχρότερα υγρά γεώτρησης ή η αστάθεια του φρέατος που προκαλείται από αλλαγές στη δραστηριότητα του νερού υπό ακραίες θερμοκρασίες.

Πρόκληση 5: Ανεπαρκής απόδοση τσιμεντοπολτών και συναφών τεχνολογιών υπό συνθήκες εξαιρετικά βαθιάς υπεριώδους πίεσης (HTHP) και σύνθετης πίεσης

Οι συνθήκες που αφορούν εξαιρετικά βάθη, υψηλή θερμοκρασία, μακριές διατομές τσιμέντου και σύνθετα συστήματα πίεσης επιβάλλουν εξαιρετικά υψηλές απαιτήσεις στις ιδιότητες του πολτού τσιμέντου, συμπεριλαμβανομένης της σταθερότητας της εναιώρησης, της ρεολογίας, του ελέγχου της μετανάστευσης αερίων και της σταθερότητας της αντοχής του τσιμέντου. Τα κρίσιμα πρόσθετα, όπως οι ελεγκτές απώλειας υγρών και οι επιβραδυντές, ενδέχεται να αποσυντεθούν ή να αντιδράσουν ασυνήθιστα υπό εξαιρετικά υψηλές θερμοκρασίες, οδηγώντας σε λειτουργική αστοχία και ενδεχομένως σοβαρά περιστατικά στο κάτω μέρος της γεώτρησης. Το περιβάλλον εξαιρετικά υψηλής θερμοκρασίας θέτει επίσης αυστηρές απαιτήσεις σχετικά με τη συμβατότητα μεταξύ του συστήματος προσθέτων και των υλικών, αποτρέποντας την υποχώρηση της αντοχής του τσιμέντου.

9.396 μέτρα:Το 2023, το πηγάδι Guole 3C της Tarim Oilfield σημείωσε ρεκόρ για το βαθύτερο οριζόντιο πηγάδι στην Ασία (μετρημένο βάθος).

Πρόκληση 6: Συνθήκες HTHP που υπερβαίνουν τα όρια ανοχής κρίσιμου εξοπλισμού και εργαλείων

Τα εξαιρετικά βαθιά πηγάδια αντιμετωπίζουν ακραίες συνθήκες στο κάτω μέρος της γεώτρησης, με θερμοκρασίες που υπερβαίνουν τους 200°C και πιέσεις άνω των 175 MPa (ισοδύναμη με την πίεση του νερού σε βάθος 17.500 μέτρων, ξεπερνώντας κατά πολύ αυτήν στον πυθμένα της τάφρου Mariana). Το όριο θερμοκρασίας για τον περισσότερο υπάρχοντα εξοπλισμό στο κάτω μέρος της γεώτρησης είναι περίπου 175°C. Υπό σκληρές συνθήκες λειτουργίας με υπερ-HTHP, όξινα περιβάλλοντα και ισχυρούς κραδασμούς, τα εργαλεία, τα όργανα και ο εξοπλισμός είναι επιρρεπή σε βλάβες. Αυτές περιλαμβάνουν διόγκωση και γήρανση ελαστομερών ελαστικών στους στάτες κινητήρων λάσπης και στις στεγανοποιήσεις στα εργαλεία κρούσης ροπής, δυσλειτουργία ή βλάβη της μπαταρίας των ηλεκτρονικών εξαρτημάτων MWD/LWD και ανεπαρκή αντίσταση στην πίεση των εργαλείων ολοκλήρωσης, καθιστώντας τον κρίσιμο εξοπλισμό και εργαλεία ακατάλληλα για λειτουργία.

Πρόκληση 7: Νέες απαιτήσεις για την τεχνολογία καταγραφής από γεωτρήσεις υπερβαθών γεωτρήσεων, γεωτρήσεων υψηλής θερμικής γεώτρησης και γεωτρήσεων μικρής διαμέτρου

Το βάθος των εξαιρετικά βαθιών φρεατίων πλησιάζει το μέγιστο λειτουργικό όριο των τρεχόντων βαρούλκων καταγραφής, θέτοντας προκλήσεις στα συστήματα ισχύος που περιλαμβάνουν φορτηγά υψηλής ισχύος, καλώδια υψηλής τάσης, βαρέλια μεγάλης χωρητικότητας και εξοπλισμό ανύψωσης υψηλής αντοχής. Το περιβάλλον HTHP στο κάτω μέρος της γεώτρησης πλησιάζει τα ανώτερα όρια των συμβατικών οργάνων της σειράς ultra-HTHP. Διεθνώς, δεν υπάρχουν ώριμα εργαλεία για εξειδικευμένες υπηρεσίες όπως η ηλεκτρική απεικόνιση και ο πυρηνικός μαγνητικός συντονισμός σε τέτοιες συνθήκες. Ο κίνδυνος βλάβης του εργαλείου λόγω ορίων θερμοκρασίας και πίεσης είναι υψηλός, οδηγώντας σε πιθανά ανεπιτυχή ή κακής ποιότητας αρχεία καταγραφής. Η εξασθένηση σήματος σε καλώδια εξαιρετικά μεγάλου μήκους 13.000 μέτρων επηρεάζει σημαντικά τα συστήματα τηλεμετρίας για την καταγραφή ενσύρματων γραμμών, καθιστώντας δύσκολη την εξασφάλιση σταθερής επικοινωνίας.

Πρόκληση 8: Διασφάλιση ασφαλών και αποτελεσματικών δοκιμών γεωτρήσεων υπό ακραίες συνθήκες HTHP

Οι υπολογισμοί που βασίζονται σε ένα φρεάτιο γεμάτο με αέριο δείχνουν ότι η μέγιστη αναμενόμενη πίεση κλεισίματος στην κεφαλή του φρέατος για εξαιρετικά βαθιά πηγάδια μπορεί να υπερβεί τα 100 MPa, πιθανώς με την παρουσία υδρόθειου. Τα ευρέως χρησιμοποιούμενα εργαλεία δοκιμών και ολοκλήρωσης φρεατίων έχουν συνήθως ονομαστική τιμή για 70 MPa και 175°C. Οι σειρές δοκιμών παραγωγής για εξαιρετικά βαθιά πηγάδια έχουν σχετικά μικρότερα μεγέθη, αλλά απαιτούν υψηλή αντοχή. Η χρήση ειδικών υλικών και μη τυποποιημένων σχεδίων σωλήνων περιπλέκει τη βελτιστοποίηση του συστήματος και καθιστά την ανάλυση και την επαλήθευση τάσεων εξαιρετικά δύσκολη. Τα τρέχοντα υγρά δοκιμών φρεατίων υψηλής πυκνότητας και τα εργαλεία δοκιμών στο κάτω μέρος της γεώτρησης δυσκολεύονται να ανταποκριθούν στις απαιτήσεις των λειτουργιών εξαιρετικά υψηλής θερμοκρασίας, καθιστώντας δύσκολη την επιλογή βέλτιστων συστημάτων ρευστών και εργαλείων.