Jarðolíuvísindi: Af hverju eru ofurdjúpar brunnar svona erfiðar í borun?

Áskorun 1: Flókin þrýstikerfi í djúpum brunnum gera hönnun borholubyggingar flóknari

Ofurdjúpar borholur fara í gegnum fjölmargar jarðmyndanir og lenda í mjög flóknum og samofnum þrýstingsferlum í porum. Háþrýstings- og lágþrýstingssvæði skiptast á, sem leiðir til tíðra og samofinna fylgikvilla eins og hruns myndunar, fastra pípa, taps á blóðrás og spark. Skortur er á borunargögnum fyrir ofurdjúpar myndanir og tiltæk jarðskjálfta- og skráningargögn til að spá fyrir um poruþrýsting eru takmörkuð og léleg að gæðum. Skortur á áreiðanlegum viðmiðunargögnum, ásamt takmörkunum þess að treysta eingöngu á rauntíma þrýstingsmælingar við borun, leiðir til verulegra erfiðleika og lítillar nákvæmni við að spá fyrir um kerfisþrýsting. Þetta leiðir til verulegra skekkna í myndunarmati, óviðeigandi hönnunar á dýpi fóðrunar og þéttleika borvökva og alvarlegra vandamála varðandi óstöðugleika í borholu. Núverandi tækni getur ekki spáð nákvæmlega fyrir um lykilþætti eins og myndunarþrýsting og bergfræðilega eiginleika, sem skapar mikla óvissu og gerir áhættustjórnun niðri í borholu afar krefjandi. Byggt á hagnýtum könnunar- og þróunarþörfum, þar sem frekari dýpkun borholunnar gæti verið nauðsynleg, verður hönnun borholu að fella inn einn eða tvo varafóðrunarhluta til að einangra á áhrifaríkan hátt hugsanleg áhættusvæði, sem eykur verulega tengdan kostnað.

Áskorun 2: Of mikil þyngd pípustrengja í djúpum brunnum hindrar örugga notkun á fóðrunarbúnaði

Við ofurdjúpa borun geta komið upp myndanir eins og skriðandi leirstein og háþrýstings salt-gipslög, sem skapar hættu á aflögun, hruni og rofi fóðrunarbúnaðarins. Þessari áhættu er oft hægt að draga úr með því að auka veggþykkt fóðrunarstrengjanna. Við mjög langar sementshlutar verða vandamál vegna óhóflegrar lengdar og þyngdar pípustrengjanna áberandi. Sérstaklega getur þyngd fóðrunarstrengsins farið yfir öruggt burðarþol, jafnvel fyrir 12.000 metra borpall (900 tonn, sem jafngildir samanlagðri þyngd 150 til 180 fullorðinna afrískra fíla). Lyftigeta núverandi borpalla er ófullnægjandi til að hengja svona þunga fóðrunarstrengi eðlilega, hvað þá að takast á við fall við vandamál eða uppfylla nauðsynleg togþolsmörk fyrir örugga notkun.

15.240 metrar:Í október 2022 setti ADNOC nýtt heimsmet fyrir dýpstu brunninn með lárétta brunninum UZ-688 á Upper Zakum svæðinu og náði heildardýpi (mælt dýpi) 15.240 metra.

Áskorun 3: Harðar og flóknar myndanir í djúpum borholum hindra skilvirka bergbrot og almenna hröðun borunar.

Myndanir í ofurdjúpum borholum eru flóknar, mjög slípandi og hafa lélega boranleika. Núverandi aðferðir til að meta boranleika eru ófullnægjandi og skortir spár, sérstaklega á nýjum könnunarsvæðum, sem hindrar verulega vísindalega hönnun og val á borkrónum. Núverandi úrval borkrona og verkfæra til að auka gegndráttarhraða (ROP) er takmarkað, með takmörkunum á aðlögunarhæfni og áreiðanleika myndunanna. Árangur þeirra er lélegur og endingartími er stuttur í krefjandi myndunum við hátt hitastig og háþrýsting (HTHP). Brýn þörf er á að kanna nýja tækni fyrir skilvirka bergbrot í djúpum og ofurdjúpum borholum. Flutningur vökva- og vélrænnar orku er krefjandi yfir ofurlöngum köflum, með verulegu núningstapi meðfram borstrengnum, sem leiðir til ófullnægjandi afls við borkrónuna og gerir bergbrot erfitt.

Áskorun 4: Að viðhalda seigjufræði borvökva og stöðugleika borholu við mjög djúpar HTHP aðstæður

Ofurdjúpar boranir standa frammi fyrir hitastigi niðri í borholu sem fer yfir 200°C, sem krefst þess að borvökvar hafi mikla hitaþol, mikla eðlisþyngd, saltþol og langtímastöðugleika. Hátt hitastig getur valdið efnisbilunum, hár þrýstingur gerir seigjustjórnun erfiða, hátt saltinnihald eykur óstöðugleika kerfisins og langvarandi notkun er áhætta á að þyngdarefnin sigi. Samanlögð þessi fjögur virkniskröfur skapa gríðarlegar, næstum óyfirstíganlegar tæknilegar áskoranir. Ennfremur getur núverandi tækni ekki á áhrifaríkan hátt tekist á við vandamál eins og kælingarvöld sprungumyndun þegar ofurheitar myndanir lenda í tiltölulega kaldari borvökva, eða óstöðugleika í borholu af völdum breytinga á vatnsvirkni við mikinn hita.

Áskorun 5: Ófullnægjandi frammistaða sementsslams og tengdrar tækni við mjög djúpa HTHP og flóknar þrýstingsaðstæður

Aðstæður sem fela í sér mjög dýpt, hátt hitastig, langar sementshluta og flókin þrýstikerfi setja afar miklar kröfur um eiginleika sementsblöndunnar, þar á meðal stöðugleika sviflausnar, seigjufræði, stjórnun á gasflæði og styrk sementsins. Mikilvæg aukefni eins og vökvatapsstýringar og hamlarar geta brotnað niður eða brugðist óeðlilega við mjög hátt hitastig, sem getur leitt til bilunar í virkni og hugsanlega alvarlegra atvika niðri í borholu. Umhverfið við mjög hátt hitastig setur einnig strangar kröfur um eindrægni milli aukefnakerfisins og efna sem koma í veg fyrir minnkun á styrk sementsins.

9.396 metrar:Árið 2023 setti Guole 3C brunnurinn á Tarim Oilfield met fyrir dýpstu láréttu brunninn í Asíu (mælt dýpi).

Áskorun 6: HTHP-skilyrði fara yfir þolmörk mikilvægs búnaðar og verkfæra

Ofurdjúpar brunnar standa frammi fyrir miklum aðstæðum niðri í borholu með hitastigi yfir 200°C og þrýstingi yfir 175 MPa (jafngildir vatnsþrýstingnum á 17.500 metra dýpi, sem er miklu meiri en neðst í Maríönugjánni). Hitastig flestra núverandi búnaðar niðri í borholu er um 175°C. Við erfiðar rekstraraðstæður með ofur-HTHP, súru umhverfi og miklum titringi eru verkfæri, áhöld og búnaður viðkvæmir fyrir bilunum. Þetta felur í sér bólgna og öldrun á elastómer gúmmíi í statorum leðjumótora og þétti í höggdeyfiverkfærum, bilun eða rafhlöðubilun í MWD/LWD rafeindaíhlutum og ófullnægjandi þrýstingsþol frágangsverkfæra, sem gerir mikilvægan búnað og verkfæri óstarfhæf.

Áskorun 7: Nýjar kröfur um skógarhöggstækni frá ultra-djúpum, HTHP og litlum borholum

Dýpt ofurdjúpra borhola er að nálgast hámarksnotkunarmörk núverandi skógarhöggsvinda, sem skapar áskoranir fyrir raforkukerf sem fela í sér öfluga vörubíla, háspennukapra, stóra tromlur og öflugan lyftibúnað. Niður í borholu er að nálgast efri mörk hefðbundinna ofurdjúpra borholamæla. Á alþjóðavettvangi eru engin þroskuð tæki til fyrir sérhæfða þjónustu eins og rafmagnsmyndgreiningu og kjarnorkusegulóm við slíkar aðstæður. Hætta á bilunum í tólum vegna hitastigs- og þrýstingsmarka er mikil, sem leiðir til hugsanlegra misheppnaðra eða lélegra skráninga. Merkjadeyfing yfir 13.000 metra ofurlöngum kaplum hefur veruleg áhrif á fjarmælingakerfi fyrir raflínuskráningu, sem gerir það erfitt að tryggja stöðug samskipti.

Áskorun 8: Að tryggja öruggar og skilvirkar brunnaprófanir við erfiðar HTHP-skilyrði

Útreikningar byggðir á gasfylltri borholu benda til þess að hámarksþrýstingur við lokun borholuhauss fyrir ofurdjúpa brunna geti farið yfir 100 MPa, hugsanlega með vetnissúlfíði til staðar. Víða notuð verkfæri til að prófa og klára borholur eru yfirleitt stillt fyrir 70 MPa og 175°C. Prófunarstrengirnir fyrir ofurdjúpa brunna eru tiltölulega minni að stærð en þurfa samt mikils styrks. Notkun sérstakra efna og óstaðlaðra pípuhönnunar flækir kerfisbestun og gerir spennugreiningu og sannprófun afar krefjandi. Núverandi vökvar til að prófa borholur með mikilli þéttleika og prófunarverkfæri niðri í borholu eiga erfitt með að uppfylla kröfur um notkun við ofurháan hita, sem gerir val á bestu vökvakerfum og verkfærum erfitt.