Петролна наука: Защо ултрадълбоките кладенци са толкова трудни за пробиване?

Предизвикателство 1: Сложните системи за налягане в ултрадълбоките кладенци усложняват проектирането на структурата на сондажа

Ултрадълбоките кладенци проникват в множество геоложки формации, срещайки силно сложни и преплетени режими на порово налягане. Зоните с високо и ниско налягане се редуват, което води до чести и взаимосвързани усложнения като срутване на формацията, заседнала тръба, загуба на циркулация и изригвания. Данните за сондиране на ултрадълбоките формации са оскъдни, а наличните сеизмични и каротажни данни за прогнозиране на порово налягане са ограничени и с ниско качество. Липсата на надеждни референтни данни, съчетана с ограниченията да се разчита единствено на мониторинг на налягането в реално време по време на сондиране, води до значителни трудности и ниска точност при прогнозиране на системните налягания. Това води до съществени грешки при оценката на формацията, неподходящо проектиране на дълбочините на обсадните колони и плътността на сондажните течности, както и до сериозни проблеми с нестабилността на сондажа. Съвременните технологии не могат точно да предскажат ключови параметри като формационно налягане и механични свойства на скалите, което създава висока несигурност и прави управлението на риска в сондажа изключително трудно. Въз основа на практическите нужди от проучване и разработване, където може да се наложи по-нататъшно задълбочаване на сондажа, проектирането на структурата на сондажа трябва да включва една или две резервни секции на обсадната колона, за да се изолират ефективно потенциалните рискови зони, което значително увеличава свързаните с това разходи.

Предизвикателство 2: Прекомерното тегло на тръбните колони в ултрадълбоките кладенци възпрепятства безопасното спускане на обсадните колони

При свръхдълбоко сондиране може да се попадне на образувания като пълзящи кални камъни и слоеве от солено-гипс под високо налягане, което крие риск от деформация, срутване и разкъсване на обсадните колони. Тези рискове често се смекчават чрез увеличаване на дебелината на стените на обсадните колони. При условия на изключително дълги циментиращи секции, проблемите с прекомерната дължина и тегло на тръбните колони стават изключително очевидни. По-конкретно, теглото на обсадната колона може да надвиши безопасната граница на натоварване дори на 12 000-метрова платформа (900 тона, еквивалентни на комбинираното тегло на 150 до 180 възрастни африкански слона). Товароподемността на съществуващите платформи е недостатъчна, за да окачи нормално такива тежки обсадни колони, камо ли да се справи с операциите по разглобяване по време на усложнения или да отговори на необходимите граници на безопасност на опън за безопасна работа.

15 240 метра:През октомври 2022 г. ADNOC постави нов световен рекорд за най-дълбок сондаж с хоризонталния си сондаж UZ-688 в находището Горен Закум, достигайки обща дълбочина (измерена дълбочина) от 15 240 метра.

Предизвикателство 3: Твърдите и сложни формации в ултрадълбоките кладенци възпрепятстват ефективното разрушаване на скалите и цялостното ускоряване на сондирането.

Формациите в свръхдълбоките кладенци са сложни, силно абразивни и имат лоша пробиваемост. Съществуващите методи за оценка на пробиваемостта са неадекватни и им липсва точност на прогнозиране, особено в нови проучвателни райони, което сериозно възпрепятства научното проектиране и избор на сондажни коронки. Настоящата гама от сондажни коронки и инструменти за подобряване на скоростта на проникване (ROP) е ограничена, с ограничения върху адаптивността и надеждността на формацията. Тяхната ефективност е ниска, а експлоатационният им живот е кратък в трудни формации при условия на висока температура и високо налягане (HTHP). Съществува спешна необходимост от проучване на нови технологии за ефективно разрушаване на скали в дълбоки и свръхдълбоки кладенци. Предаването на хидравлична и механична енергия е предизвикателство в свръхдълги участъци, със значителни загуби на налягане от триене по сондажната колона, което води до недостатъчна мощност на коронката и затруднява разрушаването на скалите.

Предизвикателство 4: Поддържане на реологията на сондажния флуид и стабилността на сондажа при ултрадълбоки условия на високотемпературно сондиране (HTHP)

Ултрадълбокото сондиране е с температури в сондажа над 200°C, което изисква сондажните течности да притежават устойчивост на високи температури, висока плътност, толерантност към соли и дългосрочна стабилност. Високите температури могат да причинят разрушаване на материала, високото налягане затруднява реологичния контрол, високото съдържание на соли влошава нестабилността на системата, а продължителната работа рискува провисване на утежняващите материали. Комбинацията от тези четири функционални изисквания представлява огромни, почти непреодолими технически предизвикателства. Освен това, съществуващите технологии не могат ефективно да се справят с проблеми като разрушаване, предизвикано от охлаждане, когато ултрагорещи формации се сблъскват с относително по-хладни сондажни течности, или нестабилност на сондажния ствол, причинена от промени в активността на водата при екстремни температури.

Предизвикателство 5: Неадекватна производителност на циментовите суспензии и свързаните с тях технологии при ултрадълбоки високотемпературни изкопи и сложни условия на налягане

Условията, включващи свръхдълбочина, висока температура, дълги циментиращи участъци и сложни системи под налягане, налагат изключително високи изисквания към свойствата на циментовата суспензия, включително стабилност на суспензията, реология, контрол на миграцията на газ и стабилност на якостта на втвърдения цимент. Критични добавки, като регулатори на загубата на флуиди и забавители, могат да се разградят или да реагират необичайно при свръхвисоки температури, което води до функционална повреда и потенциално тежки инциденти в сондажите. Средата с свръхвисоки температури също така поставя строги изисквания към съвместимостта между системата от добавки и материалите, предотвратяващи намаляването на якостта на цимента.

9 396 метра:През 2023 г. сондажът Guole 3C на нефтено находище Tarim постави рекорд за най-дълбок хоризонтален сондаж в Азия (измерена дълбочина).

Предизвикателство 6: Условия на високотемпературно излагане на високи температури, надвишаващи границите на толерантност на критично оборудване и инструменти

Ултрадълбоките кладенци са изправени пред екстремни условия на сондажа с температури над 200°C и налягане над 175 MPa (еквивалентно на водното налягане на 17 500 метра дълбочина, което значително надвишава това на дъното на Марианската падина). Температурната граница за повечето съществуващо сондажно оборудване е около 175°C. При тежки експлоатационни условия, включващи ултра-HTHP, киселинна среда и силни вибрации, инструментите, приборите и оборудването са склонни към повреди. Те включват подуване и стареене на еластомерни гуми в статорите на кални двигатели и уплътнения в инструменти за ударно зареждане, неизправност или повреда на батерията на електронните компоненти на MWD/LWD и недостатъчна устойчивост на налягане на инструментите за завършване, което прави критично оборудване и инструменти неработоспособни.

Предизвикателство 7: Нови изисквания към технологията за каротаж от ултрадълбоки, високодълбоки и малодиаметърни сондажи

Дълбочината на свръхдълбоките кладенци се приближава до максималния оперативен лимит на настоящите лебедки за каротаж, което създава предизвикателства за енергийните системи, включващи мощни камиони, кабели за високо напрежение, барабани с голям капацитет и високоякостно повдигащо оборудване. HTHP средата в сондажите се приближава до горните граници на конвенционалните инструменти от серията ultra-HTHP. В международен план няма зрели инструменти за специализирани услуги като електрическо изобразяване и ядрено-магнитен резонанс при такива условия. Рискът от повреда на инструмента поради температурни и налягателни ограничения е висок, което води до потенциално неуспешни или нискокачествени каротажи. Затихването на сигнала при свръхдълги кабели с дължина 13 000 метра значително влияе върху телеметричните системи за кабелен каротаж, което затруднява осигуряването на стабилна комуникация.

Предизвикателство 8: Осигуряване на безопасно и ефикасно тестване на кладенци при екстремни условия на високотемпературна обработка (HTHP)

Изчисленията, базирани на запълнен с газ сондаж, показват, че максималното очаквано налягане при затваряне на устието на сондажа за свръхдълбоки кладенци може да надвиши 100 MPa, потенциално при наличие на сероводород. Широко използваните инструменти за изпитване и завършване на кладенци обикновено са проектирани за 70 MPa и 175°C. Производствените тестови колони за свръхдълбоки кладенци имат относително по-малки размери, но изискват висока якост. Използването на специални материали и нестандартни конструкции на тръбите усложнява оптимизацията на системата и прави анализа и проверката на напрежението изключително трудни. Съвременните флуиди за изпитване на кладенци с висока плътност и инструменти за изпитване на сондажи трудно отговарят на изискванията за работа при свръхвисоки температури, което затруднява избора на оптимални флуидни системи и инструменти.