Warum Shell im Perm-Becken eine „Hufeisen“-Brunnen gebohrt hat

Wie können Sie die Erträge eines kurzen horizontalen Bohrlochs verbessern? Wenn Sie am Ende angelangt sind, drehen Sie den Bohrer um und beginnen Sie mit dem Bohren zurück zum Bohrgerät. Dies ist genau das Manöver, das Shell durchgeführt hat, nachdem es auf einem Multiwell-Bohrloch im Perm-Becken auf einige Bohrprobleme gestoßen war.

„Letztes Jahr hatten wir Probleme beim Zugang zu einem Teil des Reservoirs“, sagte Jason Peart, der Bohrlochbetriebsleiter, der das Projekt im Februar 2019 für Shell leitete. Als er den vertikalen Abschnitt eines horizontalen Bohrlochs bohrte, erklärte er, dass dies „übertrieben“ sei „In geringen Tiefen wurden Schlammverluste beobachtet. „Das hat uns daran gehindert, eine unserer 5.000 Fuß langen Seitenleitungen zu bohren und fertigzustellen.“

Es musste eine Wahl getroffen werden. Geben Sie das Problem auf und versuchen Sie, einen weiteren Brunnen zu bohren – was bedeutete, dass Sie riskieren mussten, einen weiteren Brunnen zu verlieren. Das Ingenieurteam hätte sich auch dafür entscheiden können, das Problem aufzugeben und nicht das Risiko einzugehen, ein neues Bohrloch zu bohren.

Stattdessen wählten die Ingenieure den weniger befahrenen Weg: Sie gaben zwar den einen Brunnen auf, erweiterten aber auch einen benachbarten Brunnen, der erfolgreich über die Zone mit verlorener Zirkulation hinaus gebohrt wurde. Die Besonderheit bestand darin, dass die Bohrungen am Fußende der Seitenwand dieses Bohrlochs so lange fortgesetzt wurden, bis eine 180°-Drehung durchgeführt wurde und ein weiteres 5.000 Fuß langes Bohrloch innerhalb derselben Zielformation erstellt wurde.

Ein vertikaler Abschnitt, zwei seitliche Abschnitte.

„Wir nennen es den Hufeisenbrunnen“, sagte Peart und betonte, dass der Brunnen ein eigenes Risiko darstellte, einfach weil „es noch nie zuvor gemacht wurde“. Der Lohn für den Erfolg bestand darin, dass Shell keines seiner geplanten Produktionsaufnahmen auf dem Pad zurücklassen würde.

Eine 3D-Ansicht des Bohrlochs Neelie 4H in Loving County, Texas, basierend auf öffentlich verfügbaren Bohrvermessungsdaten. Aufgrund seiner markanten 180°-Kurve, die zwei seitliche Abschnitte in einer Tiefe von mehr als 11.100 Fuß erzeugt, wird er jedoch wahrscheinlich als „Hufeisenbrunnen“ in Erinnerung bleiben. Quelle: 3Dwellbore.com

Aus wirtschaftlicher Sicht sparte die Hufeisenbohrung 25 % der Bohrzeit und etwa 20 % der Gesamtkosten im Vergleich zum Bohren von zwei Bohrungen gleicher Seitenlänge. In geringerem Maße wurden bei der Fertigstellung einige Einsparungen erzielt, da nur ein Rohrwendellauf anstelle von zwei erforderlich war.

Von seiner Form her ist der Hufeisenbrunnen eigentlich sehr typisch. Der Abstand der beiden Seitenleitungen beträgt etwa 1.300 Fuß – so bleibt genügend Platz für einen geplanten Füllbrunnen in der Mitte. Jedes im Wolfcamp-Schiefer gelandete Seitenteil erhielt außerdem die gleiche Anzahl an Bruchclustern wie zwei verschiedene Bohrlöcher. Peart sagte, der U-Turn-Abschnitt sei nicht stimuliert worden und habe lediglich als „Transitpunkt“ von einer Seite zur nächsten gedient. All diese Faktoren verringerten die Bedenken hinsichtlich einer Bruchbeeinträchtigung zwischen den beiden horizontalen Abschnitten.

Die Idee, dieses Bohrloch zu bohren, lag schon seit einiger Zeit auf dem Reißbrett, nachdem ein Shell-Ingenieur das Konzept als Teil der Bemühungen zur Erforschung kostensparender Bohrmethoden vorgeschlagen hatte. Ein weiteres Konzept ist das der multilateralen Bohrung, die ebenfalls als kostensparende Option angesehen wird, da sie ebenfalls auf ein einziges Bohrloch angewiesen ist, um mehrere Nebenbohrungen zu bohren.

Allerdings erfordert die multilaterale Technik einen Verbindungspunkt und eine mechanische Isolierung, die der vollen Kraft moderner Frakturierungsdesigns möglicherweise nicht standhalten. „Was das Hufeisendesign bewirkt, ist im Grunde, dass man ein multilaterales System ohne diese Verbindung erhält“, sagte Peart.

Ein Grund dafür, dass Shell in diesem Bereich des Perms 5.000 Fuß lange Seitenleitungen bohrt, sind Pachtbeschränkungen – ein Problem, das speziell für den US-amerikanischen Schiefersektor gilt, dessen Anbauflächenkarten oft durch privaten Landbesitz und Vertragsbedingungen bestimmt werden. Diese Einschränkung ist nicht einzigartig – in den USA gibt es viele sogenannte „Quadratmeilen-Pachtverträge“ – was zeigt, dass der erste Hufeisenbrunnen möglicherweise nicht der letzte ist.

„Hat dieser Brunnen eine zukünftige Rolle im Perm? Wir glauben, dass dies der Fall ist“, sagte Peart. „Hat es eine zukünftige Rolle in anderen Becken? Möglicherweise.“ Er führte aus, dass Shell immer noch die Produktionsergebnisse des Hufeisendesigns auswertet, um dessen tatsächliche Wirtschaftlichkeit zu verstehen.

Produktionszahlen sind nur auf Pachtebene öffentlich verfügbar, zeigen aber, dass das Vier-Bohrloch-Bohrloch, zu dem das Hufeisenbohrloch gehört, im Juni 2019, als das Bohrloch fertiggestellt wurde, mehr als 2.800 Barrel pro Tag produzierte und einen Höchststand von knapp über 5.000 erreichte F/A im nächsten Monat.

Das Team hinter der technischen Errungenschaft glaubt nicht, dass es „an die Grenzen der Einsatzmöglichkeiten des Designs gestoßen“ ist. Shell erwägt, mit diesem Ansatz noch längere Anschlussleitungen zu bohren. Allerdings sagte Peart, dass 10.000 Fuß lange Doppeldecker möglicherweise zu lang seien. Das Hindernis dabei ist die Tatsache, dass es bei herkömmlichen Spiralrohren schwierig ist, Bruchstopfen über 10.000 Fuß hinaus auszubohren – bei der Platzierung von 20.000 Fuß. Der seitliche Abstand ist für die Bohrlochtechnik weit außerhalb der Reichweite.

„Das Schöne an diesem Design ist, dass es handelsübliche Technologie nutzt“, betonte Peart und nannte Rotary Steerable Systems (RSS), Schlammmotoren und auflösbare Stopfen als einige der unterstützenden Komponenten, die von seinen Dienstleistern kamen. Ensign Energy Services war der Bohrunternehmer für das Projekt, während Nabors Industries die Messungen während des Bohrens und die Richtungsbohrdienste bereitstellte.

Shell und sein Zulieferer haben ein neues Spiralrohrsystem entwickelt, um die damit verbundenen seitlichen Abstände zu bewältigen. Letztendlich verließ diese neue Einheit jedoch nie die Fertigungsanlage in Houston, da die herkömmliche Einheit vor Ort in der Lage war, alle Stopfen auszubohren.

Zu den eigenen Beiträgen von Shell gehörten selbst entwickelte Drehmoment- und Widerstandsmodelle, die dazu beitrugen, sicherzustellen, dass sich Bohrer, Bohrgestänge und Gehäuse reibungslos durch die Formation bewegten. Basierend auf den öffentlich zugänglichen Umfragen war das Ergebnis der gemeinsamen Operation ein relativ reibungsloser Bohrweg und eine nahezu perfekte Kehrtwende.

Ein Großteil der sorgfältigen Überwachung der Bohrungen wurde vom Remote-Bohrzentrum von Shell in Houston aus durchgeführt, wo Richtungsbohringenieure Seite an Seite mit Geosteering-Experten arbeiten. Aber ob in Houston oder draußen vor Ort, ob bei Shell oder einem seiner Dienstleister, alle Projektbeteiligten beobachteten jede Phase des Baus sehr genau.

Peart beschrieb den „emotionalen Zyklus dieses Bohrlochs“ als einen Höhepunkt, der jedes Mal erreicht wird, wenn ein kritischer Vorgang ausgeführt wird – das Erreichen der Gesamttiefe, das Bohren der Verrohrung oder jedes Mal, wenn ein Stopfen abgepumpt wird. „Man möchte diesen Erfolg feiern“, sagte er, „aber dann merkt man, dass auch alle anderen Punkte hinterher passen müssen, sonst funktioniert die Idee überhaupt nicht und die ganze Arbeit, die man geleistet hat, zählt einfach nicht.“ ."

Eine Bohrinsel steht an einem Bohrloch etwa 2 Meilen von Mentone, Texas entfernt, wo Shell die „Hufeisenbohrung“ gebohrt hat. Auf dem Pad befinden sich insgesamt vier Vertiefungen. Quelle: GoogleMaps

„Ich hatte Gerüchte über dieses Projekt gehört und wusste, dass ich die Werkzeuge hatte, um die Daten zu finden“, sagte er und fügte hinzu, dass, als er die Aufzeichnungen fand, „ich weit mehr Fragen als Antworten hatte.“

Eine dieser Fragen war, wie man den Brunnen nennen sollte. Gibson gab es zunächst als „U-Zontal“ bekannt. Ein Kommentator auf LinkedIn schlug den Namen „Büroklammerbrunnen“ vor, während ein anderer meinte, der Brunnen sollte einfach als „Kunst“ bezeichnet werden.

„Das U-förmige Bohrloch ist ziemlich interessant – so etwas habe ich noch nie gesehen“, sagte Jeff Chambers, Gründer und Geschäftsführer von MineralAnswers.com, einem Webdienst, der Mineralrechtsbesitzern detaillierte Öl- und Gasdaten bereitstellt die USA. Chambers veröffentlichte auch ein Diagramm des Brunnens in den sozialen Medien. Für ihn wird die Bedeutung des Experiments dadurch erhöht, dass es auf einem Gebiet durchgeführt wurde, das als „erstklassige Anbaufläche“ in Loving County, Texas, gilt.

Chambers sagte, dass die nicht am Betrieb beteiligten Interessengruppen wahrscheinlich daran interessiert sein werden, zu sehen, wie sich die auf der Bohrseite erzielten Kosteneinsparungen auf die Gesamtleistung auswirken, wenn die Produktionsergebnisse klar sichtbar werden.

Die Social-Media-Beiträge wurden von anderen Branchenexperten gesehen, die online Dutzende anderer Fragen und Kommentare stellten, von denen viele ihre Bewunderung für die Ingenieursleistung zum Ausdruck brachten. Eine Person war inspiriert genug, ein Drehmoment- und Widerstandsmodell zurückzuentwickeln und seine Analyse dann online zu teilen. Einige andere wiesen schnell darauf hin, dass die Branche in der Vergangenheit stark abweichende Bohrlöcher gebohrt habe. Ein Beispiel sind Shells eigene „Angelhaken“-Brunnen in Brunei. Allerdings hat keine der anderen genannten Varianten das exakte Profil wie der Hufeisenbrunnen.

„Das Tolle an diesem Brunnen ist nicht die Tatsache, dass er neu, neuartig und innovativ ist“, sagte Gibson. „Es ist so, dass dadurch erstaunliche Gespräche entstehen. Gespräche über die Infragestellung des Status Quo – und angesichts des aktuellen Marktes und Klimas müssen wir alle dem Beispiel von Shell folgen und an allen Fronten über den Tellerrand schauen.“