Katere so slabosti zračnega vrtanja? Razumevanje skritih stroškov

Air vrtanje-z uporabo stisnjenega zraka namesto tekočega blata za odstranjevanje odrezkov - se ponaša s hitrejšim prodiranjem in nižjimi stroški v trdnih formacijah. Vendar pa je slabosti zračnega vrtanja vključujejo resna operativna tveganja, ki lahko te koristi izničijo. Neupoštevanje teh pomanjkljivosti vodi do dragih incidentov pri nadzoru vrtin, okvar opreme in zamud pri projektih. Ta članek razkriva kritične omejitve, ki jih morate načrtovati, in sicer na podlagi podatkov s terena in inženirske analize.

Nestabilne vrtine Tveganja za propadanje in nestabilnost formacije

Zrak nima dovolj gostote in viskoznosti, da bi mehansko podpiral krhke formacije. Za razliko od vrtalnih tekočin ne ustvarja hidrostatične tlačne ovire ali filtrske pogače, ki bi zapirala mikrorazpoke. V skrilavcu, glini ali slabo utrjenih peskih to povzroča:

Razpokanje in razpokanje: Na vodo občutljivi skrilavci absorbirajo zračno vlago iz zračnega toka, nabreknejo in se sesedejo v vrtino. V operacijah v Notranji Mongoliji so formacije z vsebnostjo gline >15% pokazale 40% višjo stopnjo nestabilnosti v primerjavi z odseki, izvrtanimi z blatom.

Razširitev lukenj: Nepodprte stene erodirajo zaradi zračnih tokov z visoko hitrostjo (> 15 m/s), zaradi česar nastanejo prevelike luknje, ki otežujejo cementacijo in povečujejo stroške obloge.

Primeri z zagozdeno cevjo: Na kitajskih nahajališčih zlata Xiaoqinling je nestabilnost vrtine povzročila 30% dogodkov, povezanih z zračnim vrtanjem, ko je cev obtičala. Sanacija je v povprečju trajala 72 ur neproduktivnega časa (NPT).

Pospešena erozija opreme: Visoka cena visoke hitrosti

Nizka nosilnost zraka zahteva visoke obročne hitrosti (1 500-3 000 ft/min) za dviganje odrezkov. Tako se vrtina spremeni v peskovnik:

Erozija BHA: Obloge za vrtanje, stabilizatorji in spoji orodja se obrabijo zaradi mikrorezanja. Materiali za trdo oblogo erodirajo 2-5x hitreje kot pri vrtanju z blatom. Metalurški testi na terenu v bazenu Sečuan so pokazali izgubo kovine 0,12 mm/uro v usmerjenih sklopih.

Poškodbe površinskih linij: Tesnila naprav za preprečevanje izpihovanja (BOP), dušilni kolektorji in kompresorji se uničujejo zaradi abrazivnega prahu. Upravljavci v porečju Piceance v Koloradu so poročali o 60% krajši življenjski dobi BOP pri zračnem vrtanju.

Erozijske "vroče točke": Spremembe smeri toka (pod, kolena, trikotniki) povečajo obrabo. Pregledi s kamero v vrtinah za plin v Apalačih so po 150 urah razkrili 3 mm globoke žlebove v vrtalni cevi.

Požari in eksplozije v vrtinah Sprožilci vžiga

Stiskanje zraka ga segreje na temperaturo > 500 °C - dovolj za vžig vnetljivih mešanic. Dodajanje samo ogljikovodikov 5% ustvarja eksplozivne pogoje:

Bitni požari: Piroforni železovi sulfidi (iz žveplovih formacij) se ob stiku s kisikom iskrijo. V primeru iz leta 2022 v zahodnem Teksasu je prišlo do požara v spodnjem delu vrtine, pri čemer se je stopilo orodje vrtalnega vrta.

Tveganja v premogovem sloju: Izpusti metana pri projektih pridobivanja metana iz premogovnika (CBM) so povzročili 12 dokumentiranih požarov v vrtinah v avstralski kotlini Bowen med zračno vrtanimi segmenti.

Stroški ublažitve: Enote za proizvodnjo dušika - zmanjšanje kisika na <5% - dodajte $15,000-$25,000/dan. Sistemi za penjenje zmanjšajo eksplozivnost, vendar povečajo porabo vode za 300 bbl/dan.

Poškodbe formacije Blokiranje vode in izguba prepustnosti

Čeprav je zrak označen kot "prijazen do rezervoarja", vnaša mehanizme poškodb v formacijo:

Blokiranje vode: Vlaga v vrtini se kondenzira v grlu por. V nizko prepustnih plinskih rezervoarjih (0,1-5 mD) je to zmanjšalo proizvodnjo za 30% v vrtinah v bazenu Uinta v Utahu v primerjavi z vrtanjem z blatom.

Nabrekanje gline: Zračna vlaga aktivira smoktitne gline. Analiza jedra po vrtanju v kolumbijskem bazenu Llanos je pokazala zmanjšanje prepustnosti 90% na območjih, nagnjenih k nabrekanju.

Oksidacija ogljikovodikov: Kisik reagira z lahkimi olji in tvori viskozni katran, ki zamaši pore. Kanadski upravljavci so opazili 25% nižje začetne stopnje proizvodnje v zračno vrtanih horizontalnih stranskih ceveh.

Ravnanje s prahom in odrezki: Okoljske glavobole

Pri zračnem vrtanju nastane 10-20 ton/uro drobnega kamnitega prahu, ki ustvarja vidne pline in ogroža varnost:

Izpostavljenost silicijevemu dioksidu: Prah s >5% kristalnega silicijevega dioksida presega dovoljene mejne vrednosti izpostavljenosti (PEL) OSHA v oddaljenosti 500 čevljev od ploščadi. Vzorčenje na lokacijah v Pennsylvaniji je pokazalo 0,8 mg/m³ - kar je dvakrat več od PEL.

Količina odpadkov: Medtem ko je "brez jam za tekočino" prodajni adut, pri zračnem vrtanju s pomočjo pene nastane 400-800 bbl tekočinskih odpadkov na dan - podobno kot pri sistemih z blatom z majhnim volumnom.

Onesnaževanje s hrupom: Kompresorji in izpušni sistemi proizvajajo 110-125 dBA. Občine v nemškem porečju Molasse so zaradi pritožb glede hrupa ustavile projekte.

Zataknjena cev in zapleti v vrtini

Zaradi nizke mazivnosti in visokega trenja je zračno vrtanje nagnjeno k mehanskemu lepljenju:

Diferencialno lepljenje: Kljub temu, da ni prevelikega ravnotežja, se gredice potaknjenk nabirajo okoli BHA. V kitajskem rudniku Zijinshan je 22% zračnega vrtanja RC NPT nastalo zaradi lepljenja, ki so ga povzročili odrezki.

Vgradnja sedeža ključa: V trdih formacijah se pojavijo ostri robovi vrtine, ki ujamejo vrtalne vrvice. Za sanacijo so potrebna specializirana orodja, kot so rotacijski čevlji ali rezkanje, kar znaša $50.000-$120.000 na incident.

Omejena sečnja: Nizka gostota zraka popači orodja za nevtronsko poroznost za 8-15 pu. Orodja za merjenje upornosti brez prevodnega blata odpovedo.

Ko je zračno vrtanje dražje: Ekonomski paradoks

Vrtanje z zrakom ni vedno cenejše. Skriti stroški zmanjšujejo prihranke:

Vir: SPE 208905 (analiza stroškov vrtin v Permijskem bazenu za leto 2023)

V globokih vrtinah (> 12.000 ft) se prednost zračnega tlaka pri ROP zmanjšuje, saj se povečuje zahtevnost nadzora tlaka.

Strategije za ublažitev zmanjševanja pomanjkljivosti

Hibridi za vrtanje pod uravnavanim tlakom (MPD): Z zračno meglico vzdržujte skoraj uravnotežen tlak, zmanjšajte pritoke in hkrati ohranite 2-3x višji ROP kot pri blatu.

Orodje, odporno proti koroziji: Trdna obloga iz volframovega karbida podaljša življenjsko dobo BHA za 200%. Redni UT pregledi zgodaj odkrijejo izgubo debeline.

Izsuševanje v vrtini: Enote za sušenje na zraku zavirajo hidratacijo tvorbe. Poskusi na tesnih plinskih poljih v Omanu so zmanjšali blokiranje vode za 70%.

Sistemi za preprečevanje prašenja: Mokri čistilniki ali obročki za zamegljevanje zmanjšajo količino prahu silicijevega dioksida za 85%, kar zagotavlja skladnost delovišč.

Spletna stran slabosti zračnega vrtanja-nestabilnost, erozija, požari in skriti stroški zahtevajo natančno oceno tveganja. Uporabljajte ga selektivno: v trdih, suhih formacijah brez ogljikovodikov nad 6.000 čevlji je boljši od blata. V globokih, poroznih okoljih ali okoljih z reaktivnimi kamninami njegove slabosti zasenčijo prednosti. Vedno izvedite celovito študijo izvedljivosti, v kateri primerjajte stroške v celotnem življenjskem ciklu - ne le dnevne stopnje - z alternativami, kot sta vrtanje z meglo ali peno.