Știința petrolului: De ce sunt atât de dificil de forat puțurile ultra-adânci?

Provocarea 1: Sistemele complexe de presiune din puțurile ultra-adânci complică proiectarea structurii puțurilor de foraj

Puțurile ultra-adânci pătrund în numeroase formațiuni geologice, întâlnind regimuri de presiune a porilor extrem de complexe și interconectate. Zonele de înaltă presiune și cele de joasă presiune alternează, ceea ce duce la complicații frecvente și interconectate, cum ar fi prăbușirea formațiunii, blocarea conductei, pierderea circulației și scoaterea din funcțiune. Există o lipsă de date de foraj pentru formațiunile ultra-adânci, iar datele seismice și de carotaj disponibile pentru predicția presiunii porilor sunt limitate și de calitate slabă. Lipsa datelor de referință fiabile, coroborată cu limitările legate de bazarea exclusivă pe monitorizarea presiunii în timp real în timpul forajului, are ca rezultat dificultăți semnificative și o precizie scăzută în prezicerea presiunilor sistemului. Acest lucru duce la erori substanțiale în evaluarea formațiunii, la o proiectare necorespunzătoare a adâncimilor de fixare a tubajului și a densităților fluidului de foraj și la probleme severe de instabilitate a puțului de foraj. Tehnologiile actuale nu pot prezice cu exactitate parametrii cheie, cum ar fi presiunea formațiunii și proprietățile mecanice ale rocilor, creând o incertitudine ridicată și făcând ca gestionarea riscurilor din gaură să fie extrem de dificilă. Pe baza nevoilor practice de explorare și dezvoltare, acolo unde ar putea fi necesară adâncirea suplimentară a puțului, proiectarea structurii puțului de foraj trebuie să încorporeze una sau două secțiuni de tubaj de contingență pentru a izola eficient zonele de risc potențiale, crescând substanțial costurile asociate.

Provocarea 2: Greutatea excesivă a garniturilor de țevi din puțurile ultra-adânci împiedică operațiunile de instalare în siguranță a tubajului

Forajul ultra-adânc poate întâlni formațiuni precum argilă târâtoare și straturi de sare-gips de înaltă presiune, prezentând riscuri de deformare, prăbușire și rupere a tubajului de tubaj. Aceste riscuri sunt adesea atenuate prin creșterea grosimii peretelui garniturilor de tubaj. În condiții de secțiuni de cimentare extrem de lungi, problemele legate de lungimea și greutatea excesivă a garniturilor de tubaj devin pronunțate. Mai exact, greutatea garnitului de tubaj poate depăși limita de încărcare sigură chiar și a unei platforme de 12.000 de metri (900 de tone, echivalentul greutății combinate a 150 până la 180 de elefanți africani adulți). Capacitatea de ridicare a platformelor existente este insuficientă pentru a suspenda în mod normal astfel de garnituri de tubaj grele, darămite pentru a gestiona operațiunile de declanșare în timpul complicațiilor sau pentru a îndeplini marjele de siguranță la tracțiune necesare pentru o funcționare în siguranță.

15.240 metri:În octombrie 2022, ADNOC a stabilit un nou record mondial pentru cea mai adâncă sondă cu sonda sa orizontală UZ-688 în zăcământul Upper Zakum, atingând o adâncime totală (adâncime măsurată) de 15.240 de metri.

Provocarea 3: Formațiunile dure și complexe din puțurile ultra-adânci împiedică spargerea eficientă a rocilor și accelerarea generală a forajului

Formațiunile din sondele ultra-adânci sunt complexe, foarte abrazive și au o drilabilitate slabă. Metodele existente de evaluare a drilabilității sunt inadecvate și nu au precizie predictivă, în special în noile zone de explorare, ceea ce împiedică grav proiectarea științifică și selecția sapelor de foraj. Gama actuală de sape de foraj și instrumente de îmbunătățire a ratei de penetrare (ROP) este limitată, cu constrângeri privind adaptabilitatea și fiabilitatea formațiunii. Eficacitatea lor este slabă, iar durata de viață este scurtă în formațiuni dificile în condiții de temperatură ridicată și presiune înaltă (HTHP). Există o nevoie urgentă de a explora noi tehnologii pentru spargerea eficientă a rocilor în sonde adânci și ultra-adânci. Transmiterea energiei hidraulice și mecanice este dificilă pe secțiuni ultra-lungi, cu pierderi semnificative de presiune prin frecare de-a lungul garniturii de foraj, rezultând o putere insuficientă la sapă și îngreunând spargerea rocilor.

Provocarea 4: Menținerea reologiei fluidului de foraj și a stabilității puțului de foraj în condiții HTHP ultra-adâncime

Forajul ultra-adânc se confruntă cu temperaturi în fundul puțului care depășesc 200°C, necesitând ca fluidele de foraj să posede rezistență la temperaturi ridicate, densitate mare, toleranță la sare și stabilitate pe termen lung. Temperaturile ridicate pot cauza defectarea materialelor, presiunea ridicată îngreunează controlul reologic, conținutul ridicat de sare agravează instabilitatea sistemului, iar funcționarea prelungită riscă lăsarea materialelor de greutate. Combinarea acestor patru cerințe funcționale prezintă provocări tehnice imense, aproape insurmontabile. În plus, tehnologiile existente nu pot aborda eficient probleme precum fracturarea indusă de răcire atunci când formațiunile ultra-fierbinți întâlnesc fluide de foraj relativ mai reci sau instabilitatea puțului de foraj cauzată de modificările activității apei la temperaturi extreme.

Provocarea 5: Performanța inadecvată a suspensiilor de ciment și a tehnologiilor asociate în condiții de HTHP ultra-profunde și presiune complexă

Condițiile care implică temperaturi extrem de ridicate, temperaturi ridicate, secțiuni lungi de cimentare și sisteme complexe de presiune impun cerințe extrem de mari asupra proprietăților suspensiei de ciment, inclusiv stabilitatea suspensiei, reologia, controlul migrării gazelor și stabilitatea rezistenței cimentului la priză. Aditivii critici, cum ar fi regulatoarele de pierdere a fluidelor și retardatorii, se pot descompune sau reacționa anormal la temperaturi extrem de ridicate, ducând la defecțiuni funcționale și la incidente potențial severe în gaură. Mediul cu temperaturi extrem de ridicate impune, de asemenea, cerințe stricte privind compatibilitatea dintre sistemul de aditivi și materiale, prevenind regresia rezistenței cimentului.

9.396 metri:În 2023, sonda Guole 3C a companiei Tarim Oilfield a stabilit un record pentru cea mai adâncă sondă orizontală din Asia (adâncime măsurată).

Provocarea 6: Condiții HTHP care depășesc limitele de toleranță ale echipamentelor și uneltelor critice

Puțurile ultra-adânci se confruntă cu condiții extreme în fundul forajului, cu temperaturi care depășesc 200°C și presiuni de peste 175 MPa (echivalentul presiunii apei la 17.500 de metri adâncime, depășind cu mult presiunea de la fundul Gropii Mariane). Limita de temperatură pentru majoritatea echipamentelor existente în fundul forajului este de aproximativ 175°C. În condiții dure de funcționare, cu ultra-HTHP, medii acide și vibrații puternice, uneltele, instrumentele și echipamentele sunt predispuse la defecțiuni. Acestea includ umflarea și îmbătrânirea cauciucurilor elastomerice din statoarele motoarelor de noroi și a etanșărilor din uneltele de impact cu cuplu, funcționarea defectuoasă sau defectarea bateriei componentelor electronice MWD/LWD și rezistența insuficientă la presiune a uneltelor de finalizare, ceea ce face ca echipamentele și uneltele critice să devină inoperabile.

Provocarea 7: Noi cerințe privind tehnologia de exploatare minieră din foraje ultra-adânci, HTHP și cu diametru mic

Adâncimea puțurilor ultra-adânci se apropie de limita maximă operațională a troliilor actuale pentru carotaj, ceea ce reprezintă provocări pentru sistemele de alimentare care implică camioane de mare putere, cabluri de înaltă tensiune, tamburi de mare capacitate și echipamente de ridicare de mare rezistență. Mediul HTHP din puțuri se apropie de limitele superioare ale instrumentelor convenționale din seria ultra-HTHP. La nivel internațional, nu există instrumente mature pentru servicii specializate, cum ar fi imagistica electrică și rezonanța magnetică nucleară în astfel de condiții. Riscul de defectare a instrumentelor din cauza limitelor de temperatură și presiune este ridicat, ceea ce duce la diapozitive potențial nereușite sau de calitate slabă. Atenuarea semnalului pe cabluri ultra-lungi de 13.000 de metri are un impact semnificativ asupra sistemelor de telemetrie pentru carotajul cu fir, ceea ce face dificilă asigurarea unei comunicări stabile.

Provocarea 8: Asigurarea testării sigure și eficiente a sondelor în condiții extreme de supraalimentare cu apă rece (HTHP)

Calculele bazate pe o gaură de sondă umplută cu gaz indică faptul că presiunea maximă anticipată la închidere pentru puțurile ultra-adânci poate depăși 100 MPa, posibil în prezența hidrogenului sulfurat. Instrumentele de testare și completare a sondelor utilizate pe scară largă sunt de obicei evaluate pentru 70 MPa și 175°C. Garniturile de testare a producției pentru puțurile ultra-adânci au dimensiuni relativ mai mici, dar necesită o rezistență ridicată. Utilizarea de materiale speciale și a unor modele de țevi non-standard complică optimizarea sistemului și face ca analiza la stres și verificarea să fie extrem de dificile. Fluidele actuale de testare a puțurilor de mare densitate și instrumentele de testare în fundul puțului se luptă să îndeplinească cerințele operațiunilor la temperaturi ultra-înalte, ceea ce face dificilă selectarea sistemelor și instrumentelor fluide optime.