Nicht nur zum Bohren: Ein Überblick über die Anwendung von Managed

Jede Aktivität innerhalb eines Bohrlochs verändert den Druck, der auf das offene Bohrloch ausgeübt wird, und jede Abhilfetechnik versucht, den gewünschten Druck innerhalb akzeptabler Grenzen zu halten. Wird der Druck zu niedrig, sind Tritte, Bohrlochausbrüche und Bohrlocheinsturz die Hauptfolgen (Abb. 1). Ein zu hoher Druck kann den Behälter beschädigen, zu Flüssigkeitsverlusten führen und den Betrieb verlangsamen. Wenn diese unglücklichen Ereignisse eintreten, sind in der Regel Abhilfemaßnahmen erforderlich, wodurch sich das Sicherheitsrisiko, die unproduktive Zeit und die Gesamtkosten des Projekts erhöhen.

Um diese Bedenken auszuräumen, haben die Betreiber Techniken des Managed-Pressure-Bohrens (MPD) eingesetzt, um den Ringdruck aufrechtzuerhalten, eine druckdichte Barriere gegen Bohrgefahren zu schaffen und den Zufluss aus der Formation während des Bohrens zu steuern. Während beim herkömmlichen Bohren der hydrostatische Druck des Bohrschlamms zur Steuerung des Drucks im Bohrloch genutzt wird, nutzt MPD eine Kombination aus Oberflächendruck, hydrostatischem Druck und ringförmiger Reibung, um die freigelegte Formation auszugleichen. Im Laufe der Jahrzehnte galt MPD als eine Technologie, die nur bei problematischen Bohrlöchern und nur als letztes Mittel eingesetzt wird. Jüngste Entwicklungen haben jedoch deutlich gemacht, dass die Druckbewältigung nicht nur für Bohrarbeiten oder nur die anspruchsvollsten Bohrlöcher gilt.

Wenn es zu Beginn des Betriebs als Teil eines umfassenden Bohrplans integriert wird, wird das Druckmanagement zu einer leistungssteigernden Lösung für jede Art von Bohrlochklassifizierung, einschließlich Entwicklungs-, Richtungs-, Multilateral- und Horizontalbohrungen. Die Stabilität des Bohrlochs bleibt während des gesamten Betriebs erhalten und der Druck im Ringraum ändert sich dynamisch. Dadurch kann jeder Betrieb schneller und mit weniger Herausforderungen durchgeführt werden, während gleichzeitig ein produktiveres Bohrloch erzielt wird und die Gesamtkosten und die Gefährdung durch gefährliche Risiken gesenkt werden. Der Managed-Pressure-Ansatz wurde sogar genutzt, um ein Feld-/Reservoir-Entwicklungsprogramm vollständig zu optimieren.

Ein Beispiel dafür, wie MPD-Techniken in einen Gesamtbohrplan integriert werden können, erfolgte an einer von TotalEnergies in den mexikanischen Gewässern des Golfs von Mexiko gebohrten Ultratiefsee-Explorationsbohrung (SPE 200503). Der Betreiber und die Dienstleister wollten den Druck während des gesamten Bohrprogramms – einschließlich Bohren, Auslösen, Verrohrung und Zementierung – steuern, um die Unsicherheit des Porendrucks, den Anstieg des Druckanstiegs und einen engen Porendruck-/Bruchgradienten (PP/FG) zu beseitigen ) Fenster.

Der Meeresboden befand sich unter einer Wassertiefe von 10.748 Fuß (3.276 m), und aufgrund der explorativen Natur des Bohrlochs umfasste die herkömmliche Lösung eine übermäßige Anzahl von Verrohrungssträngen und ein übermäßig ausgewogenes Schlammgewicht (MW). Durch die Integration von MPD-Techniken konnte der Bediener den Bohrlochbodendruck sofort anpassen. Das Ergebnis war die Erkenntnis, dass das herkömmliche Zementieren eines Strangs mit 13⅜ Zoll. Eine Verrohrung zur Isolierung der kritischen Formation und zur sicheren Fortsetzung des Bohrens weiterer Stufen des Bohrlochs war unpraktisch. Erschwerend kam hinzu, dass die Ingenieure die Größe des Lochs nicht genau kannten.

Eine Zusammenarbeit zwischen den Ingenieurteams des Betreibers, des Zementierungsdienstleisters und MPD-Fachleuten führte zu einem erstellten Plan. Eine Restaufschlämmung mit 15,86 ppg (1,90 SG) folgte einer bleigasdichten Aufschlämmung mit 12,52 ppg (1,50 SG). In einer Gesamttiefe von 13.622 Fuß (4.152 m) hielt die Kombination die äquivalente Umlaufdichte (ECD) bei 9,18 ppg (1,10 SG), ohne 9,51 ppg (1,14 SG) zu überschreiten. Am Gehäuseschuh, der sich auf 12.801 Fuß (3902 m) befindet, sah der Plan einen Wert von 9,01 ppg (1,08 SG) vor, ohne 9,35 ppg (1,12 SG) zu überschreiten, wie in Abb. 2 dargestellt.

Das Außendienstpersonal führte den Vorgang fehlerfrei durch, wobei während des gesamten Zementierungsprozesses vollständige Rückflüsse beobachtet wurden und keine Zuflüsse festgestellt wurden, was das MW-Fenster bestätigte. Durch den Einsatz von MPD-Techniken bei Zementierungsarbeiten konnten fünf Tage eingespart werden, was einem Gegenwert von 3,5 Millionen US-Dollar entspricht, und es war nicht mehr erforderlich, einen 16-Zoll-Zwischenfall durchzuführen. Gehäuseauskleidung.

MPD-Techniken sind nicht nur für Zementierungs- oder Bohrarbeiten von Vorteil, sondern auch als Teil der Abbruchphase. Tullow Oil, ein Betreiber in der Nordsee, musste eine zuvor verlassene Gasquelle erneut betreten und wieder aufgeben (SPE 195718). Ferngesteuerte Fahrzeuge entdeckten ein Leck im 9⅝-Zoll. Gehäuse und Labortests bestätigten, dass es sich bei den Blasen um Lagergas handelte. Der Betreiber gelangte zu dem Schluss, dass die installierten Zementstopfen das Reservoir nicht ausreichend von der Umgebung isolierten und, wenn keine Maßnahmen ergriffen würden, ein hohes Potenzial für die Wiederauffüllung des Reservoirs bestehe.

Unter Berufung auf die Kosten, die Zeit und das Risiko, die mit einem herkömmlichen Spiralrohreingriff verbunden sind, entschied sich der Betreiber für die Empfehlung, durch die beiden Zementstopfen über einer potenziellen Hochdruckzone bis zur Zieltiefe zu bohren. Ein Stecker befand sich auf einer Höhe von 1.074 Fuß (327 m), während der andere auf einer Höhe von 6.162 Fuß (1.867 m) lag. Um den Druck unter Kontrolle zu halten, wurden die ringförmigen Flüssigkeitsrückläufe über eine maßgeschneiderte MPD-Spreizung mit einem rotierenden Steuergerät (RCD) vom Bohrturmboden weggeleitet, um einen geschlossenen Kreislauf zu schaffen.

Das Team fräste die Stopfen problemlos heraus und erreichte die Zieltiefe ohne Probleme bei der Bohrlochkontrolle oder Zwischenfälle mit Zeitverlust. Der RCD kontrollierte und leitete alle Flüssigkeiten um und verwaltete den Bohrlochdruck während der Standardvorgänge des Bohrens, Abtragens und Herstellens von Verbindungen. Durch kontinuierliches Management wurde der Druck sowohl unter statischen als auch dynamischen Bedingungen innerhalb der vorgegebenen Sicherheitsgrenzen gehalten.

Die MPD-Technologie ermöglichte das Bohren durch die vorhandenen Zementstopfen und die Minderung etwaiger Risiken durch das eingeschlossene Gas. Darüber hinaus ermöglichte die Verwendung der richtigen MPD-Ausrüstung das Bohren durch beide Stopfen, ohne dass es zu verstopften Drosseln kam. Die anschließenden Vorgänge zum erneuten Verstopfen und erneuten Aufgeben dauerten nur 9 Tage, also die Hälfte der geschätzten 18 Tage, die bei herkömmlichen Spiralrohrmethoden erforderlich wären.

Shell musste Gehäusestränge unter den schwierigen Tiefwasserbedingungen im Golf von Mexiko betreiben und zementieren (SPE 194554). Was den Betreiber dazu veranlasste, MPD in Betracht zu ziehen, war die Fähigkeit dieser Technologie, den Ringdruck mithilfe eines statisch unterausgeglichenen Schlammgewichts innerhalb eines engen Druckfensters präzise zu manipulieren und zu verwalten.

Für diese Situation ging der Betreiber davon aus, dass das Druckfenster an der Spitze des Futterrohrstrangs etwa 100 psi (0,6 MPa) betragen würde. Messungen im Bohrloch ergaben jedoch, dass das tatsächliche Fenster 50 psi (0,3 MPa) betrug, als es beim Bohren des offenen Bohrlochs zu Verlusten kam Schnitt durch das Zielreservoir. Um diese Herausforderung zu meistern, musste das Team die Verluste auf einem akzeptablen Niveau halten und gleichzeitig einen Zustrom oder einen Zusammenbruch der Formation vermeiden.

Fertigstellungen sind eine weitere Phase des Öl- und Gasbetriebs, die von den Techniken zur Druckbeherrschung profitieren kann. Weatherford-Experten entwickelten einen Plan, um die untere Fertigstellung durchzuführen, das offene Loch zu verdrängen und eine Säurearbeit durchzuführen. Die Verdrängung im offenen Loch wäre der einzige Vorgang, bei dem das offene Loch und die Kiespackungsbaugruppe der Zirkulation des synthetischen Schlamms (SBM), der Abstandshalter im offenen Loch und der Abschlussflüssigkeit ausgesetzt wären. Für einen erfolgreichen Abschluss waren MPD-Techniken erforderlich, um die Stabilität des offenen Lochs aufrechtzuerhalten und Verluste zu minimieren und eine ECD-Reduktion an der Ferse und Spitze des offenen Lochs zu verhindern. Außerdem musste unbedingt verhindert werden, dass sich das SBM entlang des Arbeitsstrangs sowie um den ringförmigen Raum zwischen dem offenen Loch und den Sieben und der Kiespackungsbaugruppe verschiebt.

In Kombination mit Echtzeitmessungen im Bohrloch ermöglichte MPD dem Außendienstpersonal, das Sandkontrollsieb mit minimalen bis gar keinen Verlusten bis zur Zieltiefe einzusetzen und gleichzeitig die vollständige Kontrolle über das Bohrloch, einschließlich der Stabilität des offenen Bohrlochs, zu behalten. Der Bohrlochdruck blieb im Bereich von 9,15 ppg (1,10 SG) und 9,25 ppg (1,11 SG) bei einem Schlammgewicht von 8,3 ppg (0,99 SG). Das offene Bohrloch wurde mit Salzlake verdrängt, wodurch die Verluste erfolgreich auf ein Minimum reduziert wurden, indem sowohl der Oberflächengegendruck als auch die ECDs im Bohrloch kontrolliert wurden. Der Hammer wurde dann in zwei Stufen gepumpt – von der Ferse bis zur Spitze und dann von der Spitze bis zur Ferse –, um die Verluste mit einem Druck von 9,15 ppg (1,10 SG) und der Drosselklappe in optimaler Position gering zu halten, um jegliche Einschränkung der Oberflächenausrüstung zu vermeiden.

Die erfolgreiche Operation hat bewiesen, dass die Werkzeuge und Techniken, die für das Bohren mit kontrolliertem Druck entwickelt und verwendet werden, die Effizienz verbessern und Risiken während einer geringeren Fertigstellungsoperation in einem Bohrloch mit engen Margen verringern können. Das Gleiche gilt für Bohrlochstilllegungsarbeiten, Zementierungsarbeiten und eine Vielzahl anderer Arbeiten, die bei fast allen Bohrlochtypen üblich sind. Die Managed-Pressure-Technologie ist ein adaptives, präzises und proaktives Mittel zur Steuerung des Ringdruckprofils, um ein stabiles Bohrloch zu gewährleisten und kostspielige Überraschungen über den gesamten Lebenszyklus des Bohrlochs hinweg zu vermeiden.

SPE 200503 Erfolgreiche kontrollierte Druckzementierung bei einem Explorationsbohrloch in extrem tiefen Gewässern Mexikos von R. Bermudez, M. Arnone et al.

SPE 195718 Neuartige RCD- und MPD-Techniken ermöglichen den sicheren Wiedereintritt und die Stilllegung eines undichten suspendierten Bohrlochs von GL Carvalho, A. Adenipekun, S. Ignjatic, A. Hunter, T. Clay und E. Stoian.

SPE 194554 Einsatz von kontrolliertem Druckbohren und einem System zur Früherkennung von Stößen/Verlusten zur Ausführung eines anspruchsvollen Tiefsee-Abschlussauftrags im Golf von Mexiko von J. Hernandez, M. Arnone, J. Valecillos, J. Vives, R. van Noort, D. Groves , und A. Hawthorn.

Rudy Flores ist derzeit US-MPD-Betriebsleiter für die Bohr- und Evaluierungsgruppe bei Weatherford International. Er begann seine Karriere im Bereich des unterbalancierten Bohrens mit kompressiblen Mehrphasenflüssigkeiten. Seit Beginn seiner Karriere bei Weatherford vor 14 Jahren hat er in verschiedenen Funktionen mit MPD/UBD-Technologien gearbeitet, darunter als Außendiensttechniker, Außendienstleiter, Projektingenieur und technischer Manager. Er hat einen Bachelor-Abschluss in Erdöltechnik von der Texas A&M University.

Maurizio Arnone ist MPD-Teamleiter für Technik und Betriebsleistungsunterstützung bei Weatherford North America. Er verfügt über 25 Jahre Erfahrung im Bereich Bohren und bohrbezogene Technologien und Anwendungen und arbeitet für Betreiber und Dienstleister in der gesamten Öl- und Gasindustrie. In den letzten 16 Jahren war er bei Weatherford in verschiedenen Rollen im Zusammenhang mit der Anwendung von MPD an Land sowie in Flach- und Tiefwassergebieten tätig und arbeitete direkt in 19 Ländern und fünf Kontinenten auf der ganzen Welt. Er verfügt über einen BS- und einen MS-Abschluss in Maschinenbau von der Universidad de Los Andes bzw. der Universidad Central de Venezuela sowie einen MS-Abschluss in Maschinenbau von der University of Houston.

Chad Wuest ist derzeit globaler Produktlinienmanager für intelligente MPD bei Weatherford. Zuvor war er globaler Produktlinienmanager für Offshore-MPD und hatte zuvor verschiedene Managementpositionen im asiatisch-pazifischen Raum inne, darunter im Bereich Betrieb und Geschäftsentwicklung. Er ist seit mehr als 24 Jahren in der Öl- und Gasindustrie tätig.