Naftateadus: Miks on ülisügavaid puurauke nii raske puurida?

Väljakutse 1: Ülisügavate puuraukude keerukad rõhusüsteemid muudavad puuraugu konstruktsiooni keeruliseks

Ülisügavad puurkaevud läbivad arvukalt geoloogilisi formatsioone, kohates väga keerulisi ja omavahel põimunud pooride rõhurežiime. Kõrgsurve- ja madalrõhutsoonid vahelduvad, mis viib sagedaste ja omavahel seotud tüsistusteni, nagu formatsiooni kokkuvarisemine, torude kinnikiilumine, tsirkulatsiooni kadumine ja põrked. Ülisügavate formatsioonide puurimisandmeid on vähe ning pooride rõhu ennustamiseks saadaolevad seismilised ja metsandusandmed on piiratud ja halva kvaliteediga. Usaldusväärsete võrdlusandmete puudumine koos piirangutega, mis tulenevad ainult reaalajas rõhu jälgimisest puurimise ajal, põhjustab olulisi raskusi ja madalat täpsust süsteemi rõhu ennustamisel. See toob kaasa olulisi vigu formatsiooni hindamisel, korpuse paigaldussügavuste ja puurimisvedeliku tiheduse ebaõiget projekteerimist ning tõsiseid puuraugu ebastabiilsuse probleeme. Praegused tehnoloogiad ei suuda täpselt ennustada selliseid võtmeparameetreid nagu formatsiooni rõhk ja kivimi mehaanilised omadused, mis tekitab suure ebakindluse ja muudab puuraugu riskide maandamise äärmiselt keeruliseks. Praktiliste uurimis- ja arendusvajaduste tõttu, kus võib olla vajalik puuraugu edasine süvendamine, peab puuraugu konstruktsiooni projekteerimine hõlmama ühte või kahte varukorpuse sektsiooni, et tõhusalt isoleerida potentsiaalsed riskitsoonid, mis suurendab oluliselt sellega seotud kulusid.

Väljakutse 2: Torustiku liigne kaal ülisügavates puuraukudes takistab mantli ohutut paigaldamist

Ülisügaval puurimisel võib esineda selliseid moodustisi nagu roomav mudakivi ja kõrgsurve soola-kipsi kihid, mis kujutavad endast korpuse deformatsiooni, kokkuvarisemise ja purunemise ohtu. Neid riske leevendatakse sageli korpuse nööride seina paksuse suurendamisega. Äärmiselt pikkade tsementeerimislõikude korral muutuvad torujuhtmete liigse pikkuse ja raskuse probleemid teravaks. Täpsemalt võib korpuse nööri kaal ületada isegi 12 000-meetrise puurplatvormi ohutu laadimispiiri (900 tonni, mis võrdub 150–180 täiskasvanud Aafrika elevandi kogukaaluga). Olemasolevate puurplatvormide tõstevõime ei ole piisav selliste raskete korpuse nööride tavapäraseks riputamiseks, rääkimata keeruliste olukordade ajal tekkivate komistamisoperatsioonidega toimetulekust või ohutuks tööks vajalike tõmbetugevuste tagamisest.

15 240 meetrit:2022. aasta oktoobris püstitas ADNOC oma UZ-688 horisontaalse puurkaevuga Ülem-Zakumi leiukohas uue sügavaima puurkaevu maailmarekordi, mille kogusügavus (mõõdetud sügavus) oli 15 240 meetrit.

Väljakutse 3: Kõvad ja keerulised formatsioonid ülisügavates puuraukudes takistavad tõhusat kivimite purustamist ja üldist puurimise kiirendamist

Ülisügavate puuraukude formatsioonid on keerulised, väga abrasiivsed ja halva puuritavusega. Olemasolevad puuritavuse hindamise meetodid on ebapiisavad ja neil puudub ennustustäpsus, eriti uutes uurimispiirkondades, mis takistab tõsiselt puuriterade teaduslikku projekteerimist ja valikut. Praegune puuriterade ja läbitungimiskiiruse (ROP) suurendamise tööriistade valik on piiratud, kusjuures formatsiooni kohanemisvõime ja töökindlus on piiratud. Nende efektiivsus on halb ja kasutusiga on lühike keeruliste formatsioonide puhul kõrge temperatuuri ja kõrge rõhu (HTHP) tingimustes. On tungiv vajadus uurida uusi tehnoloogiaid kivimite tõhusaks purustamiseks sügavates ja ülisügavates puuraukudes. Hüdraulilise ja mehaanilise energia ülekandmine on keeruline ülipikkade lõikude puhul, kusjuures puurvardal on märkimisväärsed hõõrde-rõhu kadud, mille tulemuseks on ebapiisav võimsus tera juures ja kivimite purustamine on keeruline.

Väljakutse 4: Puurimisvedeliku reoloogia ja puuraugu stabiilsuse säilitamine ülisügavates kõrge temperatuuriga survetingimustes

Ülisügaval puurimisel seisavad silmitsi temperatuuridega üle 200 °C, mis nõuab puurimisvedelikelt kõrge temperatuurikindlust, suurt tihedust, soola taluvust ja pikaajalist stabiilsust. Kõrge temperatuur võib põhjustada materjali purunemist, kõrge rõhk raskendab reoloogilist kontrolli, kõrge soolasisaldus süvendab süsteemi ebastabiilsust ja pikaajaline töötamine võib põhjustada raskusmaterjalide läbivajumist. Nende nelja funktsionaalse nõude kombinatsioon tekitab tohutuid, peaaegu ületamatuid tehnilisi väljakutseid. Lisaks ei suuda olemasolevad tehnoloogiad tõhusalt lahendada selliseid probleeme nagu jahtumisest tingitud purunemine, kui ülikuumad formatsioonid puutuvad kokku suhteliselt jahedamate puurimisvedelikega, või puuraugu ebastabiilsus, mis on põhjustatud vee aktiivsuse muutustest äärmuslike temperatuuride all.

Väljakutse 5: Tsemendisuspensioonide ja nendega seotud tehnoloogiate ebapiisav jõudlus ülisügava kõrgsurve ja keeruliste rõhutingimuste korral

Ülimalt sügavuti tsementeerimise, kõrge temperatuuri, pikkade tsementeerimislõikude ja keerukate rõhusüsteemidega seotud tingimused esitavad tsemendisegu omadustele, sealhulgas suspensiooni stabiilsusele, reoloogiale, gaaside migratsiooni kontrollile ja tsemendi tardumistugevuse stabiilsusele, äärmiselt kõrgeid nõudmisi. Olulised lisandid, näiteks vedelikukao regulaatorid ja aeglustajad, võivad ülikõrgetel temperatuuridel laguneda või ebanormaalselt reageerida, mis võib viia funktsionaalse rikke ja potentsiaalselt tõsiste puuraukudes esinevate õnnetusteni. Ülikõrge temperatuuriga keskkond seab ka ranged nõuded lisandisüsteemi ja materjalide ühilduvusele, mis takistavad tsemendi tugevuse halvenemist.

9396 meetrit:2023. aastal püstitas Tarim Oilfieldi Guole 3C puurkaev Aasia sügavaima horisontaalse puurkaevu (mõõdetud sügavus) rekordi.

Väljakutse 6: HTHP tingimused, mis ületavad kriitiliste seadmete ja tööriistade taluvuspiire

Ülisügavad puuraugud seisavad silmitsi äärmuslike tingimustega, kus temperatuur ületab 200 °C ja rõhk üle 175 MPa (võrdub veesurvega 17 500 meetri sügavusel, ületades tunduvalt Mariaani süviku põhjas olevat rõhku). Enamiku olemasolevate puuraukude seadmete temperatuuripiir on umbes 175 °C. Karmides töötingimustes, mida iseloomustavad ülikõrge temperatuur, happeline keskkond ja tugev vibratsioon, on tööriistad, instrumendid ja seadmed altid riketele. Nende hulka kuuluvad mudamootori staatorite elastomeerkummi ja pöördemomendi lööktööriistade tihendite paisumine ja vananemine, MWD/LWD elektrooniliste komponentide talitlushäired või aku rike ning komplekteerimistööriistade ebapiisav rõhukindlus, mis muudab kriitilised seadmed ja tööriistad töökõlbmatuks.

Väljakutse 7: Uued nõudmised ülisügavate, kõrge temperatuuriga ja väikese läbimõõduga puuraukude metsaraie tehnoloogiale

Ülisügavate puurkaevude sügavus läheneb praeguste metsaveovintside maksimaalsele tööpiirile, mis tekitab väljakutseid elektrisüsteemidele, mis hõlmavad suure võimsusega veoautosid, kõrgepingekaableid, suure mahutavusega trumme ja suure tugevusega tõsteseadmeid. HTHP-keskkond puuraukude all läheneb tavapäraste ultra-HTHP-seeria instrumentide ülempiiridele. Rahvusvaheliselt puuduvad sellistes tingimustes spetsiaalsete teenuste, näiteks elektrilise pildistamise ja tuumamagnetresonantsi jaoks küpsed tööriistad. Tööriistade rikke oht temperatuuri ja rõhu piiride tõttu on suur, mis võib viia ebaõnnestunud või halva kvaliteediga logideni. Signaali sumbumine 13 000 meetri ülipikkade kaablite kohal mõjutab oluliselt juhtmega metsaraie telemeetriasüsteeme, mistõttu on stabiilse side tagamine keeruline.

8. väljakutse: ohutu ja tõhusa puurkaevude testimise tagamine äärmuslikes kõrge temperatuuriga tingimustes

Gaasiga täidetud puuraugu põhjal tehtud arvutused näitavad, et ülisügavate puuraukude eeldatav maksimaalne sulgemisrõhk puuraugu suudmes võib ületada 100 MPa, potentsiaalselt koos vesiniksulfiidiga. Laialdaselt kasutatavad puuraukude testimise ja komplekteerimise tööriistad on tavaliselt ette nähtud rõhule 70 MPa ja temperatuurile 175 °C. Ülisügavate puuraukude tootmistestimise nöörid on suhteliselt väiksemad, kuid vajavad suurt tugevust. Spetsiaalsete materjalide ja mittestandardsete torukonstruktsioonide kasutamine raskendab süsteemi optimeerimist ning muudab pingeanalüüsi ja kontrollimise väga keeruliseks. Praegused suure tihedusega puuraukude testimise vedelikud ja puuraukude testimise tööriistad ei suuda ülikõrge temperatuuriga töötamise nõudeid täita, mistõttu on optimaalsete vedelikusüsteemide ja tööriistade valik keeruline.