מדעי הנפט: מדוע קידוח בארות עמוקות במיוחד כל כך קשה?

אתגר 1: מערכות לחץ מורכבות בבארות עמוקות במיוחד מסבכות את תכנון מבנה קידוח הקידוח

בארות עמוקות במיוחד חודרות לתצורות גיאולוגיות רבות, ונתקלות במשטרי לחץ נקבוביות מורכבים ושזורים זה בזה. אזורי לחץ גבוה ונמוך מתחלפים לסירוגין, מה שמוביל לסיבוכים תכופים ושזורים זה בזה כגון קריסת תצורה, צינור תקוע, אובדן זרימת דם ובעיטות. קיים מחסור בנתוני קידוח לתצורות עמוקות במיוחד, ונתוני הסייסמים והלוגים הזמינים לחיזוי לחץ נקבוביות מוגבלים ובאיכות ירודה. היעדר נתוני ייחוס אמינים, יחד עם המגבלות של הסתמכות אך ורק על ניטור לחץ בזמן אמת בזמן הקידוח, גורמים לקשיים משמעותיים ודיוק נמוך בחיזוי לחצי המערכת. זה מוביל לשגיאות משמעותיות בהערכת התצורה, תכנון לא מתאים של עומק קיבוע המארז וצפיפויות נוזלי הקידוח, ובעיות יציבות חמורות בקידוח. טכנולוגיות קיימות אינן יכולות לחזות במדויק פרמטרים מרכזיים כמו לחץ התצורה ותכונות מכניות בסלע, מה שיוצר אי ודאות גבוהה והופך את ניהול הסיכונים בקידוח למאתגר ביותר. בהתבסס על צורכי חיפוש ופיתוח מעשיים, כאשר ייתכן שיהיה צורך בהעמקה נוספת של הבאר, תכנון מבנה קידוח הבאר חייב לשלב מקטע או שניים של מקטעי מארז חירום כדי לבודד ביעילות אזורי סיכון פוטנציאליים, מה שמגדיל משמעותית את העלויות הנלוות.

אתגר 2: משקל מוגזם של חוט הצינור בבארות עמוקות במיוחד מעכב פעולות בטוחות של צינור המעטפת

קידוח עמוק במיוחד עלול להיתקל בתצורות כגון אבן בוץ זוחלת ושכבות גבס-מלח בלחץ גבוה, מה שמציב סיכונים לעיוות, קריסה וקרע של המגן. סיכונים אלה מופחתים לעיתים קרובות על ידי הגדלת עובי הדופן של מיתרי המגן. בתנאים של מקטעי צמנט ארוכים במיוחד, הבעיות של אורך ומשקל מופרזים של מיתרי הצינור הופכות בולטות. באופן ספציפי, משקל מיתר המגן עשוי לחרוג ממגבלת העומס הבטוחה אפילו של אסדה באורך 12,000 מטר (900 טון, שווה ערך למשקל הכולל של 150 עד 180 פילים אפריקאים בוגרים). כושר ההרמה של אסדות קיימות אינו מספיק כדי לתלות מיתרי מגן כבדים כאלה באופן רגיל, שלא לדבר על להתמודד עם פעולות מעידה במהלך סיבוכים או לעמוד במרווחי הבטיחות הנדרשים למתיחות לפעולה בטוחה.

15,240 מטרים:באוקטובר 2022, ADNOC קבעה שיא עולם חדש לבאר העמוקה ביותר עם באר אופקית UZ-688 בשדה זקום העליון, והגיעה לעומק כולל (עומק נמדד) של 15,240 מטרים.

אתגר 3: תצורות קשות ומורכבות בבארות עמוקות במיוחד מעכבות שבירת סלעים יעילה ותאוצה כללית של הקידוח

תצורות בבארות עמוקות במיוחד הן מורכבות, שוחקות מאוד, ובעלות יכולת קידוח ירודה. השיטות הקיימות להערכת יכולת קידוח אינן מספקות וחסרות דיוק ניבוי, במיוחד באזורי חיפוש חדשים, דבר המעכב קשות את התכנון המדעי ואת הבחירה של מקדחים. המגוון הנוכחי של מקדחים וכלים לשיפור קצב חדירה (ROP) מוגבל, עם אילוצים על יכולת ההסתגלות והאמינות של התצורה. יעילותם ירודה, וחיי השירות שלהם קצרים בתצורות מאתגרות בתנאי טמפרטורה ולחץ גבוהים (HTHP). קיים צורך דחוף לחקור טכנולוגיות חדשות לשבירת סלעים יעילה בבארות עמוקות ועמוקות במיוחד. העברת אנרגיה הידראולית ומכנית היא מאתגרת על פני מקטעים ארוכים במיוחד, עם הפסדי לחץ חיכוך משמעותיים לאורך מחרוזת הקידוח, מה שמביא לחוסר כוח בקידוח ומקשה על שבירת הסלע.

אתגר 4: שמירה על ריאולוגיה של נוזל קידוח ויציבות קידוח בתנאי HTHP עמוקים במיוחד

קידוח עמוק במיוחד מתמודד עם טמפרטורות גבוהות יותר מ-200 מעלות צלזיוס, דבר המחייב נוזלי קידוח עמידות לטמפרטורות גבוהות, צפיפות גבוהה, סבילות למלחים ויציבות ארוכת טווח. טמפרטורות גבוהות עלולות לגרום לכשל חומרים, לחץ גבוה מקשה על הבקרה הריאולוגית, תכולת מלח גבוהה מחמירה את חוסר היציבות של המערכת, ותפעול ממושך מסתכן בצניחה של חומרים כבדים. השילוב של ארבע הדרישות הפונקציונליות הללו מציב אתגרים טכניים עצומים, כמעט בלתי עבירים. יתר על כן, טכנולוגיות קיימות אינן יכולות לטפל ביעילות בבעיות כגון שברים הנגרמים על ידי קירור כאשר תצורות חמות במיוחד נתקלות בנוזלי קידוח קרים יחסית, או חוסר יציבות בקידוח הנגרמת על ידי שינויים בפעילות המים בטמפרטורות קיצוניות.

אתגר 5: ביצועים לא מספקים של תרחיף מלט וטכנולוגיות נלוות תחת תנאי HTHP עמוקים במיוחד ולחץ מורכב

תנאים הכוללים עומק אולטרה-גבוה, טמפרטורה גבוהה, מקטעי צמנט ארוכים ומערכות לחץ מורכבות מציבים דרישות גבוהות ביותר לתכונות תרחיף הצמנט, כולל יציבות מתלה, ריאולוגיה, בקרת נדידת גזים ויציבות חוזק הצמנט. תוספים קריטיים כגון בקרי אובדן נוזלים ומעכבים עלולים להתפרק או להגיב בצורה חריגה בטמפרטורות גבוהות במיוחד, מה שמוביל לכשל תפקודי ולאירועים חמורים שעלולים להוביל לקידוח. סביבת הטמפרטורה הגבוהה במיוחד מציבה גם דרישות מחמירות לתאימות בין מערכת התוספים לחומרים המונעים ירידה בחוזק הצמנט.

9,396 מטרים:בשנת 2023, באר גואלה 3C של שדה הנפט טארים קבעה שיא לבאר האופקית העמוקה ביותר באסיה (עומק נמדד).

אתגר 6: תנאי HTHP שחורגים ממגבלות הסבילות של ציוד וכלים קריטיים

בארות עמוקות במיוחד מתמודדות עם תנאי קידוח קיצוניים עם טמפרטורות העולות על 200 מעלות צלזיוס ולחצים העולים על 175 מגה פסקל (שווה ערך ללחץ המים בעומק 17,500 מטר, הרבה מעבר לזה שבתחתית תעלת מריאנה). מגבלת הטמפרטורה עבור רוב ציוד הקיים בבאר היא סביב 175 מעלות צלזיוס. בתנאי הפעלה קשים הכוללים טמפרטורה גבוהה במיוחד של 100 מעלות צלזיוס, סביבות חומציות ורעידות חזקות, כלים, מכשירים וציוד נוטים לכשלים. אלה כוללים נפיחות והזדקנות של גומי אלסטומר בסטטורים של מנוע בוץ ואטמים בכלי השפעה מומנט, תקלה או כשל סוללה של רכיבים אלקטרוניים מסוג MWD/LWD, ועמידות לא מספקת בלחץ של כלי השלמה, מה שהופך ציוד וכלים קריטיים לבלתי ניתנים להפעלה.

אתגר 7: דרישות חדשות לטכנולוגיית כריתת עצים מקידוחים עמוקים במיוחד, HTHP וקוטר קטן

עומק הבארות האולטרה-עמוקות מתקרב לגבול התפעולי המרבי של כננות כריתת עץ (HTHP) הנוכחיות, דבר המציב אתגרים למערכות החשמל הכוללות משאיות בעלות הספק גבוה, כבלי מתח גבוה, תופים בעלי קיבולת גדולה וציוד הרמה בעל חוזק גבוה. סביבת קידוח עמוק במיוחד (HTHP) במורד הקידוח מתקרבת לגבולות העליונים של מכשירי סדרת אולטרה-HTHP קונבנציונליים. מבחינה בינלאומית, אין כלים בשלים לשירותים מיוחדים כמו הדמיה חשמלית ותהודה מגנטית גרעינית בתנאים כאלה. הסיכון לכשל בכלים עקב מגבלות טמפרטורה ולחץ הוא גבוה, מה שמוביל ליומני חפירה לא מוצלחים או באיכות ירודה. דעיכת אות על פני כבלים ארוכים במיוחד של 13,000 מטר משפיעה באופן משמעותי על מערכות טלמטריה לרישום חוטי, מה שמקשה על הבטחת תקשורת יציבה.

אתגר 8: הבטחת בדיקות בארות בטוחות ויעילות בתנאי HTHP קיצוניים

חישובים המבוססים על קידוח מלא בגז מצביעים על כך שהלחץ המקסימלי הצפוי בראש הבאר בסגירה עבור בארות עמוקות במיוחד יכול לעלות על 100 מגה פסקל, באופן פוטנציאלי עם נוכחות מימן גופרתי. כלי בדיקה והשלמת בארות הנמצאים בשימוש נרחב מדורגים בדרך כלל עבור 70 מגה פסקל ו-175 מעלות צלזיוס. מחרוזות בדיקת ההפקה עבור בארות עמוקות במיוחד הן בעלות גדלים קטנים יחסית אך דורשות חוזק גבוה. שימוש בחומרים מיוחדים ובתכנון צינורות לא סטנדרטיים מסבך את אופטימיזציית המערכת והופך את ניתוח המאמצים והאימות למאתגרים ביותר. נוזלי בדיקת בארות וכלי בדיקה נוכחיים לבדיקת בארות בצפיפות גבוהה מתקשים לעמוד בדרישות של פעולות בטמפרטורות גבוהות במיוחד, מה שמקשה על בחירת מערכות נוזלים וכלים אופטימליים.