Kőolajtudomány: Miért olyan nehéz a rendkívül mély kutakat fúrni?

1. kihívás: Az ultramély kutakban található komplex nyomásrendszerek bonyolítják a kútszerkezet tervezését

Az ultramély kutak számos geológiai képződményt hatolnak be, rendkívül összetett és összefonódó pórusnyomás-tartományokkal találkozva. A nagynyomású és az alacsony nyomású zónák váltakoznak, ami gyakori és összefonódó szövődményekhez vezet, mint például a formáció összeomlása, a cső elakadása, a keringés kiesése és a rúgások. Kevés a fúrási adat az ultramély formációkról, és a pórusnyomás előrejelzéséhez rendelkezésre álló szeizmikus és logging adatok korlátozottak és rossz minőségűek. A megbízható referenciaadatok hiánya, valamint a fúrás közbeni valós idejű nyomásmonitorozásra való kizárólagos támaszkodás korlátai jelentős nehézségeket és alacsony pontosságot eredményeznek a rendszernyomás előrejelzésében. Ez jelentős hibákhoz vezet a formációértékelésben, a béléscsövezési mélységek és a fúrófolyadék-sűrűség nem megfelelő tervezéséhez, valamint súlyos kútfúrási instabilitási problémákhoz. A jelenlegi technológiák nem tudják pontosan megjósolni a kulcsfontosságú paramétereket, mint például a formációnyomást és a kőzetmechanikai tulajdonságokat, ami nagyfokú bizonytalanságot teremt, és rendkívül nehézzé teszi a fúrólyuk kockázatkezelését. A gyakorlati kutatási és fejlesztési igények alapján, ahol a kút további mélyítésére lehet szükség, a kútszerkezet tervezésének egy vagy két vészbélésszakaszt kell tartalmaznia a potenciális kockázati zónák hatékony elkülönítése érdekében, ami jelentősen növeli a kapcsolódó költségeket.

2. kihívás: A csővezeték túlzott súlya az ultramély kutakban akadályozza a biztonságos béléscsövezést

Az ultramély fúrások során olyan képződményekkel találkozhatunk, mint a kúszó iszapkő és a nagynyomású só-gipsz rétegek, ami a béléscső deformációjának, összeomlásának és repedésének kockázatát hordozza magában. Ezeket a kockázatokat gyakran a béléscsővezetékek falvastagságának növelésével mérsékelik. Rendkívül hosszú cementálási szakaszok esetén a csővezetékek túlzott hosszának és súlyának problémái hangsúlyossá válnak. Pontosabban, a béléscsővezeték súlya meghaladhatja akár egy 12 000 méteres fúróberendezés biztonságos terhelési határértékét is (900 tonna, ami 150-180 felnőtt afrikai elefánt együttes súlyának felel meg). A meglévő fúróberendezések emelőkapacitása nem elegendő az ilyen nehéz béléscsővezetékek normál felfüggesztéséhez, nemhogy a komplikációk során fellépő kioldási műveletek kezeléséhez vagy a biztonságos üzemeltetéshez szükséges szakítószilárdsági tartalékok betartásához.

15 240 méter:2022 októberében az ADNOC új világrekordot állított fel a legmélyebb kút kategóriában az Upper Zakum mezőn található UZ-688 vízszintes kútjával, elérve a 15 240 méteres teljes mélységet (mért mélységet).

3. kihívás: A kemény és összetett képződmények az ultramély kutakban akadályozzák a hatékony kőzetbontást és a fúrás teljes felgyorsulását

Az ultramély kutak képződményei összetettek, erősen koptatóak és fúrhatóságuk gyenge. A fúrhatóság értékelésére szolgáló meglévő módszerek nem megfelelőek és nem rendelkeznek prediktív pontossággal, különösen az új kutatási területeken, ami súlyosan akadályozza a fúrófejek tudományos tervezését és kiválasztását. A fúrófejek és a behatolási sebesség (ROP) növelő eszközök jelenlegi választéka korlátozott, a formáció alkalmazkodóképességére és megbízhatóságára vonatkozó korlátok miatt. Hatékonyságuk gyenge, és élettartamuk rövid a kihívást jelentő formációkban magas hőmérsékleten és nagy nyomáson (HTHP) körülmények között. Sürgősen szükség van új technológiák feltárására a mély és ultramély kutak hatékony kőzettörésére. A hidraulikus és mechanikai energia átvitele kihívást jelent az ultrahosszú szakaszokon, jelentős súrlódási nyomásveszteségekkel a fúrórúd mentén, ami elégtelen teljesítményt eredményez a fúrófejnél, és megnehezíti a kőzettörést.

4. kihívás: A fúrófolyadék reológiájának és a kútfúvás stabilitásának fenntartása ultramély HTHP körülmények között

Az ultramély fúrások során a fúrólyuk hőmérséklete meghaladhatja a 200°C-ot, ami megköveteli, hogy a fúrófolyadékok magas hőmérséklettel szemben ellenállóak, nagy sűrűséggel, sótűréssel és hosszú távú stabilitással rendelkezzenek. A magas hőmérséklet anyaghibát okozhat, a nagy nyomás megnehezíti a reológiai szabályozást, a magas sótartalom súlyosbítja a rendszer instabilitását, a hosszan tartó üzemeltetés pedig a súlyozó anyagok megereszkedésének kockázatát hordozza magában. E négy funkcionális követelmény kombinációja hatalmas, szinte leküzdhetetlen műszaki kihívásokat jelent. Továbbá a meglévő technológiák nem tudják hatékonyan kezelni az olyan problémákat, mint a lehűlés okozta repedés, amikor az ultraforró képződmények viszonylag hidegebb fúrófolyadékkal találkoznak, vagy a kútfej instabilitása, amelyet a víz aktivitásának változása okoz szélsőséges hőmérsékletek alatt.

5. kihívás: A cementszuszpenziók és a kapcsolódó technológiák nem megfelelő teljesítménye ultramély HTHP és komplex nyomásviszonyok között

Az ultramélységű, magas hőmérsékletű, hosszú cementálási szakaszokat és összetett nyomásrendszereket magában foglaló körülmények rendkívül magas követelményeket támasztanak a cementiszap tulajdonságaival szemben, beleértve a szuszpenzió stabilitását, a reológiát, a gázmigráció szabályozását és a cement szilárdságának stabilitását. A kritikus adalékanyagok, mint például a folyadékveszteség-szabályozók és a lassítók, ultramagas hőmérsékleten lebomolhatnak vagy rendellenesen reagálhatnak, ami funkcionális meghibásodáshoz és potenciálisan súlyos fúrólyuk-balesetekhez vezethet. Az ultramagas hőmérsékletű környezet szigorú követelményeket támaszt az adalékrendszer és a cement szilárdságának csökkenését megakadályozó anyagok közötti kompatibilitással kapcsolatban is.

9396 méter:2023-ban a Tarim Oilfield Guole 3C kútja rekordot állított fel Ázsia legmélyebb vízszintes kútjaként (mért mélység).

6. kihívás: A kritikus berendezések és eszközök tűréshatárait meghaladó HTHP-feltételek

Az ultramély kutak szélsőséges fúrási körülményekkel szembesülnek, a hőmérséklet meghaladja a 200°C-ot, a nyomás pedig 175 MPa felett lehet (ami 17 500 méter mély víznyomásnak felel meg, és messze meghaladja a Mariana-árok alján lévő értéket). A legtöbb meglévő fúrási berendezés hőmérsékleti határa 175°C körül van. Az ultra-HTHP, savas környezet és erős rezgések által jellemzett zord üzemi körülmények között a szerszámok, műszerek és berendezések hajlamosak a meghibásodásokra. Ezek közé tartozik az iszapmotor-sztátorokban és a nyomatékütő szerszámokban lévő elasztomer gumik duzzanata és öregedése, az MWD/LWD elektronikus alkatrészeinek meghibásodása vagy akkumulátorának meghibásodása, valamint a befejező szerszámok elégtelen nyomásállósága, ami a kritikus berendezéseket és szerszámokat működésképtelenné teszi.

7. kihívás: Új igények a fakitermelési technológiával szemben ultramély, HTHP és kis átmérőjű fúrólyukakból

Az ultramély kutak mélysége közeledik a jelenlegi fakitermelő csörlők maximális üzemi határához, ami kihívást jelent a nagy teljesítményű teherautókat, nagyfeszültségű kábeleket, nagy kapacitású dobokat és nagy szilárdságú emelőberendezéseket alkalmazó energiarendszerek számára. A fúrt HTHP környezet közeledik a hagyományos ultra-HTHP sorozatú műszerek felső határaihoz. Nemzetközi szinten nincsenek kiforrott eszközök olyan speciális szolgáltatásokhoz, mint az elektromos képalkotás és a mágneses magrezonancia ilyen körülmények között. A hőmérséklet- és nyomáskorlátok miatti szerszámmeghibásodás kockázata magas, ami potenciálisan sikertelen vagy rossz minőségű naplózáshoz vezethet. A 13 000 méteres ultrahosszú kábelek feletti jelcsillapítás jelentősen befolyásolja a vezetékes naplózás telemetriai rendszereit, megnehezítve a stabil kommunikáció biztosítását.

8. kihívás: Biztonságos és hatékony kúttesztelés biztosítása szélsőséges HTHP körülmények között

Egy gázzal töltött fúrólyukon végzett számítások azt mutatják, hogy az ultramély kutak várható maximális lezárási nyomása meghaladhatja a 100 MPa-t, potenciálisan hidrogén-szulfid jelenlétében. A széles körben használt kútvizsgáló és -befejező szerszámok jellemzően 70 MPa nyomásra és 175 °C-ra vannak méretezve. Az ultramély kutak termelési vizsgálati szálai viszonylag kisebb méretűek, mégis nagy szilárdságot igényelnek. A speciális anyagok és a nem szabványos csőkialakítások alkalmazása bonyolítja a rendszer optimalizálását, és rendkívül kihívást jelent a feszültségelemzés és -ellenőrzés. A jelenlegi nagy sűrűségű kútvizsgáló folyadékok és fúrólyuk-vizsgáló szerszámok nehezen felelnek meg az ultramagas hőmérsékletű műveletek követelményeinek, ami megnehezíti az optimális folyadékrendszerek és szerszámok kiválasztását.