Каковы недостатки воздушного бурения? Понимание скрытых расходов

Воздух бурение-используя сжатый воздух вместо жидкого бурового раствора для удаления шлама, - может похвастаться более высокой скоростью проходки и более низкими затратами в твердых породах. Но его недостатки пневматического бурения включают в себя серьезные эксплуатационные риски, которые могут нивелировать эти преимущества. Игнорирование этих недостатков приводит к дорогостоящим инцидентам при управлении скважиной, отказам оборудования и задержкам в реализации проекта. В этой статье на основе промысловых данных и инженерного анализа раскрываются критические ограничения, которые необходимо учитывать при планировании.

Нестабильные стволы скважин Риски обрушения и нестабильности пласта

Воздух не обладает достаточной плотностью и вязкостью для механической поддержки хрупких пластов. В отличие от буровых растворов, он не создает гидростатического барьера или фильтровальной лепешки для герметизации микротрещин. В сланцах, глинах или плохо консолидированных песках это приводит к:

Обрушение и оползание: Водочувствительные сланцы поглощают атмосферную влагу из воздушного потока, разбухают и обрушиваются в скважину. При проведении работ во Внутренней Монголии пласты с содержанием глины >15% показали на 40% более высокие показатели нестабильности по сравнению с участками, пробуренными буровым раствором.

Расширение отверстий: Незакрепленные стенки разрушаются под воздействием высокоскоростных воздушных потоков (>15 м/с), образуя отверстия больших размеров, которые затрудняют цементирование и увеличивают стоимость обсадных труб.

Случаи застревания труб: На китайском золотоносном месторождении Сяоцинлин нестабильность скважины стала причиной 30% случаев застревания труб при пневматическом бурении. Устранение последствий составило в среднем 72 часа непроизводительного времени (NPT).

Ускоренная эрозия оборудования: Высокая цена высоких скоростей

Низкая несущая способность воздуха требует высоких затрубных скоростей (1 500-3 000 футов/мин) для подъема шлама. В результате ствол скважины превращается в пескоструйную камеру:

Эрозия БГК: Буровые колонны, стабилизаторы и соединения инструмента подвергаются микрорежущему износу. Материалы с твердой обвязкой разрушаются в 2-5 раз быстрее, чем при бурении с применением бурового раствора. Полевые металлургические испытания в бассейне Сычуань показали потерю металла в наклонно-направленных узлах со скоростью 0,12 мм/час.

Повреждение линии поверхности: Уплотнения противовыбросового превентора (ПВД), дроссельные коллекторы и компрессоры разрушаются от абразивной пыли. Операторы в бассейне Пайсенс в Колорадо сообщили о сокращении срока службы ПБН на 60% при пневматическом бурении.

Эрозионные "горячие точки": Изменения направления потока (подводы, отводы, тройники) усиливают износ. Осмотр скважины камерой в газовых скважинах в Аппалачах выявил канавки глубиной 3 мм в бурильных трубах через 150 часов.

Пожары и взрывы в скважине Триггеры воспламенения

При сжатии воздуха он нагревается до температуры >500°F, достаточной для воспламенения горючих смесей. Добавление только углеводородов 5% создает взрывоопасные условия:

Битые костры: Пирофорные сульфиды железа (из серосодержащих пластов) искрят при контакте с кислородом. В 2022 году в Западном Техасе произошел пожар на забое скважины, в результате которого расплавились инструменты бурильной колонны.

Риски угольных пластов: Выбросы метана в проектах по добыче метана из угольных пластов (CBM) привели к 12 документально зафиксированным пожарам в скважинах в австралийском бассейне Боуэн во время бурения сегментов с воздухом.

Расходы на смягчение последствий: Установки для получения азота, снижающие содержание кислорода до <5%, добавляют $15 000-$25 000 в день. Пенные системы снижают взрывоопасность, но увеличивают потребление воды на 300 баррелей в день.

Повреждение пласта Блокирование воды и потеря проницаемости

Несмотря на то, что воздух преподносится как "дружественный к пласту", он привносит механизмы повреждения пласта:

Блокировка воды: Скважинная влага конденсируется в порах. В низкопроницаемых газовых коллекторах (0,1-5 мД) это привело к снижению добычи на 30% в скважинах бассейна Уинта в штате Юта по сравнению со скважинами, пробуренными с применением бурового раствора.

Набухание глины: Поступающая с воздухом влага активирует смектитовые глины. Послебуровой анализ керна в колумбийском бассейне Льянос показал снижение проницаемости 90% в зонах, подверженных набуханию.

Окисление углеводородов: Кислород вступает в реакцию с легкими нефтями, образуя вязкий гудрон, который закупоривает поры. Канадские операторы отмечают 25% более низкие начальные показатели добычи в горизонтальных боковых стволах, пробуренных с помощью воздуха.

Управление пылью и отходами: Экологические проблемы

При пневматическом бурении образуется 10-20 тонн/час мелкой горной пыли, что создает видимые шлейфы и угрозу безопасности:

Воздействие кремния: Пыль с содержанием кристаллического кремнезема >5% превышает допустимые пределы воздействия OSHA (PELs) в радиусе 500 футов от буровой. Отбор проб на сланцевых участках в Пенсильвании показал 0,8 мг/м³ - вдвое выше ПДУ.

Объемы отходов: Несмотря на то, что "отсутствие ям для сбора жидкости" является привлекательным моментом, воздушное бурение с использованием пены приводит к образованию 400-800 баррелей в день отходов жидкости, что аналогично малообъемным буровым системам.

Шумовое загрязнение: Компрессоры и выхлопные газы производят 110-125 дБА. Общины в немецком бассейне Моласса приостановили проекты из-за жалоб на шум.

Застрявшие трубы и осложнения при спуске в скважину

Низкая смазывающая способность и высокое трение делают пневматическое сверление склонным к механическому прилипанию:

Залипание дифференциала: Несмотря на отсутствие дисбаланса, пласты шлама собираются вокруг КНБК. На китайском руднике Цзыцзиньшань 22% воздушного RC-бурения NPT возникло из-за налипания шлама.

Встраивание шпонок: В твердых породах образуются острые уступы в стволе скважины, которые захватывают бурильные колонны. Для их устранения требуются специализированные инструменты, такие как вращающиеся башмаки или фрезы, что добавляет $50 000-$120 000 на каждый инцидент.

Ограниченная лесозаготовка: Низкая плотность воздуха искажает нейтронную пористость инструментов на 8-15 пу. Резистивные инструменты не работают без проводящего бурового раствора.

Когда воздушное бурение обходится дороже: Экономический парадокс

Воздушное бурение не везде дешевле. Скрытые расходы сводят на нет экономию:

Источник: SPE 208905 (анализ затрат на скважины Permian Basin на 2023 год)

В глубоких скважинах (>12 000 футов) преимущество пневматики в скорости бурения снижается по мере увеличения сложности управления давлением.

Стратегии уменьшения недостатков

Гибриды бурения под управляемым давлением (MPD): Поддерживайте почти сбалансированное давление с помощью воздушного тумана, уменьшая притоки и сохраняя ROP в 2-3 раза выше, чем у бурового раствора.

Эрозионностойкая оснастка: Твердая наплавка карбидом вольфрама увеличивает срок службы КНБК на 200%. Регулярные проверки UT позволяют выявить потерю толщины на ранней стадии.

Осушение скважины: Воздушно-осушительные установки подавляют гидратацию пласта. Испытания на газовых месторождениях в Омане позволили снизить уровень водного блокирования на 70%.

Системы пылеподавления: Влажные скрубберы или кольца для туманообразования сокращают количество кремниевой пыли на 85%, обеспечивая соответствие требованиям.

Сайт недостатки пневматического бурения-нестабильность, эрозия, пожары и скрытые затраты требуют тщательной оценки рисков. Используйте его выборочно: в твердых, сухих, не содержащих углеводородов пластах на высоте более 6 000 футов он превосходит буровой раствор. В глубоких, пористых или реактивных породах его недостатки затмевают преимущества. Всегда проводите полное технико-экономическое обоснование, сравнивая затраты на протяжении всего жизненного цикла, а не только суточную норму, с альтернативами, такими как бурение с туманом или пеной.