Nevyvážené vrtání - Underbalanced drilling

Nevyvážené vrtání neboli UBD je postup používaný k vrtání ropných a plynových vrtů, kde je tlak ve vrtu udržován nižší než statický tlak vrtané formace. Při vrtání studny proudí formovací tekutina do vrtu a na povrch. To je opak obvyklé situace, kdy se vrt vrtu udržuje pod tlakem nad formací, aby se zabránilo vstupu formovací tekutiny do studny. V takovém konvenčním „vyváženém“ vrtu je invaze kapaliny považována za kop, a pokud není vrt uzavřen, může to vést k výbuchu , nebezpečné situaci. Při nevyváženém vrtání však na povrchu existuje „ rotující hlava “ - v podstatě těsnění, které odvádí produkované kapaliny do odlučovače a umožňuje vrtné koloně pokračovat v otáčení.

Pokud je formační tlak relativně vysoký, použití bláta s nižší hustotou sníží tlak ve vrtu pod tlakem pórů formace. Někdy se do vrtného kalu vstřikuje inertní plyn, aby se snížila jeho ekvivalentní hustota a tím i jeho hydrostatický tlak v celé hloubce vrtu. Tento plyn je obvykle dusík, protože je nehořlavý a snadno dostupný, ale vzduch, vzduch se sníženým obsahem kyslíku, zpracované spaliny a zemní plyn byly použity tímto způsobem.

Vrtání se spirálovými trubkami (CTD) umožňuje kontinuální vrtání a čerpání, a proto lze použít nevyvážené vrtání, které může zvýšit rychlost penetrace (ROP).

Fluidní systémy používané při nevyváženém vrtání

Existuje několik druhů nevyváženého vrtání. Nejběžnější jsou uvedeny níže.

  • Suchý vzduch. Toto se také nazývá poprášení. Zde se používají vzduchové kompresory kombinované s posilovačem (který odvádí hlavu z kompresorů a zvyšuje tlak vzduchu, ale nezvyšuje objem vzduchu, který jde dolů otvorem) a jedinou kapalinou vstřikovanou do studny je malé množství olej ke snížení koroze.
  • Mlha. Do proudu vzduchu se přidá malé množství pěnícího činidla (mýdla). Jemné částice vody a pěny ve vzdušné atmosféře přinášejí řízky zpět na povrch.
  • Pěna. Do proudu se přidá větší množství pěnícího činidla. Bubliny a slimáci bublin v atmosféře mlhy přinášejí řízky zpět na povrch.
  • Stabilní pěna. Do proudu se přidá ještě větší množství pěnidla. Jedná se o konzistenci holicího krému.
  • Přepravit. Slimáci a bubliny vzduchu v matrici vody, mýdla mohou nebo nemohou být přidávány do proudění vzduchu.
  • Provzdušněné bahno. Do proudu vrtného bahna je vstřikován vzduch nebo jiný plyn. Odplyňovací jednotky jsou nutné k odstranění vzduchu před tím, než může být recirkulován.

Výhody

Nevyvážené vrty mají oproti konvenčním vrtáním několik výhod, včetně:

  • Minimalizuje poškození formace . V konvenčním vrtu je vrtné bahno tlačeno do formace v procesu zvaném invaze , který často způsobuje poškození formace - snížení schopnosti formace přenášet olej do vrtu při daném tlaku a průtoku. Může nebo nemusí být opravitelné. Při nevyváženém vrtání, pokud je nevyvážený stav udržován, dokud se studna nestane produktivní, nedojde k invazi a poškození formace lze zcela zabránit.
  • Zvyšuje rychlost penetrace (ROP). Při menším tlaku na dno vrtu je snazší vrták řezat a odstraňovat kámen.
  • Snížení ztraceného oběhu . Ztráta cirkulace nastává, když vrtné bahno nekontrolovatelně proudí do formace. Velké množství bahna může být ztraceno dříve, než se vytvoří správný bahenní koláč , nebo může ztráta pokračovat neomezeně dlouho. Pokud je studna vyvrtána nevyváženě, bláto do formace nevnikne a problému lze předejít.
  • Eliminuje lepení diferenciálu. Diferenční lepení je, když je vrtací trubka přitlačena ke stěně vrtu tak, že část jeho obvodu uvidí pouze tlak v zásobníku, zatímco zbytek bude nadále tlačen tlakem vrtu. Ve výsledku se trubka přilepí ke zdi a její odstranění může vyžadovat tisíce liber síly, což se může ukázat jako nemožné. Vzhledem k tomu, že tlak v zásobníku je větší než tlak ve studni v UBD, je potrubí odtlačováno od stěn, čímž se eliminuje lepení diferenciálu.
  • Snižuje poškození formací a ztrátu vody. Určitý skalní útvar má reaktivní tendenci k vodě. Když se používá vrtné bahno, voda ve vrtném bahně reaguje s tvorbou (většinou jíl) a ve své podstatě způsobuje poškození formace (snížení propustnosti a pórovitosti). Tomu může zabránit použití nevyváženého vrtání.

Nevýhody

Nevyvážené vrtání je obvykle dražší než běžné vrtání (při vrtání odchylné studny, která vyžaduje nástroje pro směrové vrtání ) a má vlastní bezpečnostní problémy. Technicky je studna vždy ve stavu výbuchu, pokud do ní není vytlačena těžší tekutina. Vrtání vzduchem vyžaduje rychlejší objem otvoru nahoru, protože odřezky budou padat rychleji dolů po prstenci, když jsou kompresory vyjmuty z otvoru ve srovnání s kapalinou s vyšší viskozitou v otvoru. Protože vzduch je stlačitelný bláto, pulzní telemetrické měření při vrtání (MWD) nástrojů, které vyžadují nestlačitelnou kapalinu, nemůže fungovat. Běžnými technologiemi používanými k odstranění tohoto problému jsou buď elektromagnetické nástroje MWD, nebo drátové nástroje MWD. Mechanika hlubinné díry je obvykle prudší také proto, že objem kapaliny procházející motorem nebo kladivem pro hlubinnou díru je větší než ekvivalentní kapalina při vrtání vyváženém nebo nadměrně vyváženém kvůli potřebě vyšších rychlostí horního otvoru. Problémem je také koroze, ale lze jí do značné míry zabránit použitím potahového oleje nebo inhibitorů rzi.

Reference

Nas, Steve, Kapitola 12 Underbalanced Drilling, z publikace Petroleum Engineering Handbook, svazek II, editor Robert Mitchell, 2007, strany II-519 až 569. Příručka k dispozici od společnosti Petroleum Engineers. [1]