Naftas zinātne: Kāpēc ir tik grūti urbt īpaši dziļas akas?

1. uzdevums: Sarežģītas spiediena sistēmas īpaši dziļās akās sarežģī urbumu konstrukciju projektēšanu

Īpaši dziļi urbumi iekļūst daudzos ģeoloģiskos veidojumos, saskaroties ar ļoti sarežģītiem un savstarpēji saistītiem poru spiediena režīmiem. Augsta spiediena un zema spiediena zonas mainās, izraisot biežas un savstarpēji saistītas komplikācijas, piemēram, veidojuma sabrukumu, cauruļu iesprūšanu, cirkulācijas zudumu un triecienus. Īpaši dziļiem veidojumiem trūkst urbšanas datu, un pieejamie seismiskie un mežizstrādes dati poru spiediena prognozēšanai ir ierobežoti un sliktas kvalitātes. Uzticamu atsauces datu trūkums apvienojumā ar ierobežojumiem, kas saistīti ar paļaušanos tikai uz spiediena uzraudzību reāllaikā urbšanas laikā, rada ievērojamas grūtības un zemu precizitāti sistēmas spiediena prognozēšanā. Tas noved pie būtiskām kļūdām veidojuma novērtēšanā, nepareizas apvalka ievietošanas dziļuma un urbšanas šķidruma blīvuma projektēšanas, kā arī nopietnām urbuma nestabilitātes problēmām. Pašreizējās tehnoloģijas nevar precīzi paredzēt tādus galvenos parametrus kā veidojuma spiediens un iežu mehāniskās īpašības, radot lielu nenoteiktību un padarot urbuma riska pārvaldību ārkārtīgi sarežģītu. Pamatojoties uz praktiskām izpētes un attīstības vajadzībām, kur varētu būt nepieciešama urbuma tālāka padziļināšana, urbuma konstrukcijas projektēšanā jāiekļauj viena vai divas rezerves apvalka sekcijas, lai efektīvi izolētu potenciālās riska zonas, ievērojami palielinot saistītās izmaksas.

2. uzdevums: pārmērīgs cauruļu virknes svars īpaši dziļās akās kavē drošu apvalkcauruļu darbību

Veicot īpaši dziļu urbšanu, var rasties tādi veidojumi kā ložņājošs dūņakmens un augstspiediena sāls-ģipša slāņi, radot apvalka deformācijas, sabrukšanas un plīsuma risku. Šos riskus bieži mazina, palielinot apvalka cauruļu stīgu sienu biezumu. Ļoti garu cementēšanas posmu apstākļos kļūst izteiktas cauruļu stīgu pārmērīgā garuma un svara problēmas. Proti, apvalka cauruļu stīgu svars var pārsniegt pat 12 000 metru urbšanas platformas drošo slodzes robežu (900 tonnas, kas atbilst 150 līdz 180 pieaugušu Āfrikas ziloņu kopējam svaram). Esošo platformu celtspēja nav pietiekama, lai normāli pakārtu tik smagas apvalka caurules, nemaz nerunājot par paklupšanas operācijām sarežģījumu laikā vai nepieciešamo stiepes drošības rezervju ievērošanu drošai darbībai.

15 240 metri:2022. gada oktobrī ADNOC uzstādīja jaunu pasaules rekordu dziļākajā urbumā ar savu horizontālo urbumu UZ-688 Augšējā Zakuma atradnē, sasniedzot kopējo dziļumu (izmērīto dziļumu) 15 240 metrus.

3. uzdevums: cieti un sarežģīti veidojumi īpaši dziļās akās kavē efektīvu iežu laušanu un kopējo urbšanas paātrinājumu

Īpaši dziļo urbumu veidojumi ir sarežģīti, ļoti abrazīvi un tiem ir slikta urbšanas iespējamība. Esošās urbšanas iespēju novērtēšanas metodes ir nepietiekamas un tām trūkst paredzamās precizitātes, īpaši jaunās izpētes zonās, kas nopietni kavē urbšanas uzgaļu zinātnisko projektēšanu un izvēli. Pašreizējais urbšanas uzgaļu un iespiešanās ātruma (ROP) uzlabošanas instrumentu klāsts ir ierobežots, un tiem ir ierobežojumi attiecībā uz veidojuma pielāgojamību un uzticamību. To efektivitāte ir zema, un kalpošanas laiks ir īss sarežģītos veidojumos augstas temperatūras un augsta spiediena (HTHP) apstākļos. Ir steidzami jāizpēta jaunas tehnoloģijas efektīvai iežu laušanai dziļās un īpaši dziļās urbumos. Hidrauliskās un mehāniskās enerģijas pārvade ir sarežģīta īpaši garos posmos, ar ievērojamiem berzes spiediena zudumiem gar urbšanas auklu, kā rezultātā urbšanas uzgalī ir nepietiekama jauda un iežu laušana ir sarežģīta.

4. uzdevums: Urbšanas šķidruma reoloģijas un urbuma stabilitātes saglabāšana īpaši dziļas augstas temperatūras apstākļos

Īpaši dziļa urbšana saskaras ar temperatūru, kas pārsniedz 200 °C, un tāpēc urbšanas šķidrumiem jābūt augstas temperatūras izturībai, augstam blīvumam, sāls tolerancei un ilgtermiņa stabilitātei. Augsta temperatūra var izraisīt materiāla bojājumus, augsts spiediens apgrūtina reoloģisko kontroli, augsts sāls saturs saasina sistēmas nestabilitāti, un ilgstoša darbība rada svēršanas materiālu nosēšanās risku. Šo četru funkcionālo prasību kombinācija rada milzīgas, gandrīz nepārvaramas tehniskas problēmas. Turklāt esošās tehnoloģijas nevar efektīvi risināt tādas problēmas kā atdzišanas izraisīta plaisāšana, kad īpaši karsti veidojumi saskaras ar relatīvi vēsākiem urbšanas šķidrumiem, vai urbuma nestabilitāte, ko izraisa ūdens aktivitātes izmaiņas ekstremālās temperatūrās.

5. uzdevums: Cementa suspensiju un saistīto tehnoloģiju nepietiekama veiktspēja īpaši dziļa augstas temperatūras un sarežģīta spiediena apstākļos

Apstākļi, kas saistīti ar īpaši dziļu iegremdēšanu, augstu temperatūru, garām cementēšanas sekcijām un sarežģītām spiediena sistēmām, izvirza ārkārtīgi augstas prasības cementa suspensijas īpašībām, tostarp suspensijas stabilitātei, reoloģijai, gāzu migrācijas kontrolei un cementa sacietēšanas stiprības stabilitātei. Svarīgas piedevas, piemēram, šķidruma zuduma regulatori un palēninātāji, īpaši augstā temperatūrā var sadalīties vai reaģēt anomāli, izraisot funkcionālus bojājumus un potenciāli nopietnus negadījumus urbuma dziļurbumā. Īpaši augstas temperatūras vide izvirza arī stingras prasības attiecībā uz piedevu sistēmas un materiālu saderību, kas novērš cementa stiprības samazināšanos.

9396 metri:2023. gadā Tarim Oilfield Guole 3C aka uzstādīja dziļākās horizontālās akas rekordu Āzijā (izmērītais dziļums).

6. uzdevums: HTHP apstākļi, kas pārsniedz kritisko iekārtu un instrumentu pielaides robežas

Īpaši dziļi urbumi saskaras ar ekstremāliem urbuma apstākļiem, kad temperatūra pārsniedz 200 °C un spiediens pārsniedz 175 MPa (kas atbilst ūdens spiedienam 17 500 metru dziļumā, kas ievērojami pārsniedz spiedienu Marianas tranšejas dibenā). Temperatūras robeža lielākajai daļai esošo urbumu iekārtu ir aptuveni 175 °C. Skarbos ekspluatācijas apstākļos, kuros ir īpaši augsta temperatūra (ultra-HTHP), skāba vide un spēcīgas vibrācijas, instrumenti, instrumenti un iekārtas ir pakļautas bojājumiem. Tie ietver elastomēra gumijas pietūkumu un novecošanos dubļu motora statoros un blīvējumus griezes momenta trieciena instrumentos, MWD/LWD elektronisko komponentu darbības traucējumus vai akumulatora atteici, kā arī nepietiekamu pabeigšanas instrumentu spiediena izturību, padarot kritiski svarīgas iekārtas un instrumentus nelietojamus.

7. izaicinājums: Jaunas prasības mežizstrādes tehnoloģijām no īpaši dziļām, augstas temperatūras un maza diametra urbumiem

Īpaši dziļu urbumu dziļums tuvojas pašreizējo mežizstrādes vinču maksimālajai ekspluatācijas robežai, radot izaicinājumus energosistēmām, kurās iesaistītas lieljaudas kravas automašīnas, augstsprieguma kabeļi, lielas ietilpības mucas un augstas izturības celšanas iekārtas. Augstas caurlaidības urbumu vidē tuvojas parasto īpaši augstas caurlaidības urbumu sērijas instrumentu augšējām robežām. Starptautiskā mērogā nav nobriedušu instrumentu specializētiem pakalpojumiem, piemēram, elektriskajai attēlveidošanai un kodolmagnētiskajai rezonansei šādos apstākļos. Instrumentu atteices risks temperatūras un spiediena ierobežojumu dēļ ir augsts, kas var izraisīt neveiksmīgus vai sliktas kvalitātes žurnālus. Signāla vājināšanās virs 13 000 metru īpaši gariem kabeļiem būtiski ietekmē telemetrijas sistēmas vadu mežizstrādei, apgrūtinot stabilas komunikācijas nodrošināšanu.

8. uzdevums: drošas un efektīvas aku testēšanas nodrošināšana ekstremālos augstas temperatūras apstākļos

Aprēķini, kuru pamatā ir ar gāzi pildīts urbums, liecina, ka maksimālais paredzamais noslēgšanas spiediens urbuma galvā īpaši dziļām akām var pārsniegt 100 MPa, iespējams, ar sērūdeņraža klātbūtni. Plaši izmantotie urbumu testēšanas un pabeigšanas instrumenti parasti ir paredzēti 70 MPa un 175 °C temperatūrai. Īpaši dziļu aku ražošanas testēšanas virknēm ir salīdzinoši mazāki izmēri, tomēr tām ir nepieciešama augsta izturība. Īpašu materiālu un nestandarta cauruļu konstrukciju izmantošana sarežģī sistēmas optimizāciju un apgrūtina sprieguma analīzi un verifikāciju. Pašreizējie augsta blīvuma urbumu testēšanas šķidrumi un vertikālo testēšanas instrumenti nespēj izpildīt īpaši augstas temperatūras darbību prasības, apgrūtinot optimālu šķidrumu sistēmu un instrumentu izvēli.