מקרי יישום של תוספים כימיים לשדות נפט

בשנת 2022, לנוכח השפעת מגפת הקורונה, מרכז ניהול השלמת בארות נפט בשדה הצפון-מערבי השלים 24 פרויקטים, כולל ציוד לבקרת בארות נפט וניקוי צנרת לסתימת נפט כבד, וחסך בעלויות רכש של 13.683 מיליון יואן.

במהלך השימוש בצינורות נפט, קוטר הצינור הולך וצר עקב השפעות שעווה, פולימרים ומלחים, מה שמפחית את זרימת הנפט הגולמי ומשפיע על ייצור הנפט הגולמי. לכן, חברות קידוח נוהגות לנקות את הצינורות פעם בשנה. לאחר טיפול בתפרי הריתוך של חיבורי הצינורות, יש צורך לנקות את הצינורות.

בתנאים כלליים, צינורות פלדה המשמשים כצינורות נפט נראים חלודים הן על המשטחים הפנימיים והן על המשטחים החיצוניים. אם לא ינוקו, הדבר יזהם את השמן ההידראולי לאחר השימוש, ויפגע בפעולה התקינה של המכשירים ההידראוליים. לכן, יש צורך להסיר את החלודה מהמשטח הפנימי של הצינורות באמצעות שטיפה בחומצה. שטיפה בחומצה יכולה גם להסיר את החלודה מהמשטח החיצוני של הצינורות, דבר המועיל למריחת צבע נגד חלודה על המשטח החיצוני של הצינורות, ומספק הגנה מפני קורוזיה לאורך זמן. שטיפה בחומצה מתבצעת בדרך כלל באמצעות תמיסת חומצה בריכוז של 0% עד 15%. חברת Youzhu, מספקת מוצרים מעכבי קורוזיה: UZ CI-180, מעכב קורוזיה חומצי עמיד בטמפרטורה גבוהה לשימוש בשדות נפט. בתהליך החמצה או הכבישה, החומצה תגרום לפלדה לשחיקתה, ובטמפרטורה גבוהה, קצב וטווח הקורוזיה יגדלו מאוד, לכן, בייצור בשדות נפט, מניעת קורוזיה של צינורות בטמפרטורה גבוהה חשובה במיוחד, דבר הקשור לא רק ליתרונות של ניצול שדות נפט, אלא גם קשור קשר הדוק לבטיחות הייצור. מידת שחיקת החומצה בצנרת ובציוד תלויה בזמן המגע, ריכוז החומצה ותנאי הטמפרטורה וכו'. ל-UZ CI-180 עמידות מצוינת לטמפרטורות גבוהות, ובטמפרטורות של עד 180 מעלות צלזיוס (350°F), ניתן להפחית במידה ניכרת את השפעת הקורוזיה של חומצה על פלדה בטמפרטורות גבוהות בתחתית הבאר על ידי הוספת UZ CI-180 לתערובת החומצה. יוז'ו זכתה להכרה רבה ממרכז ניהול שדות הנפט הצפון-מערביים על פרויקטיה בניקוי צנרת, ניסוח נוזלי קידוח ותחזוקת ציוד.

קידוח Fengye 1-10HF, הממוקם בכביש דונג סן בעיר דונגיינג, הוא קידוח פצלי השמן האופקי הראשון שפרץ את מחסום מחזור הקידוח של 20 יום, והושלם 24 ימים לפני המתוכנן. זהו אחד משלושת אזורי ההדגמה הלאומיים של פצלי השמן שאושרו על ידי מינהל האנרגיה הלאומי ואזור ההדגמה הלאומי הראשון של פצלי השמן באגן השבר היבשתי בסין. על ידי השלמת הקידוח 24 ימים לפני המתוכנן, נחסכו מעל 10 מיליון יואן בעלויות.

בשל הקרבה לבאר סמוכה שנסדקה במרחק של 400 מטרים בלבד, והקרבה לגבול סלע החצץ, באר Fengye 1-10HF עמדה בפני סיכונים של חדירת מים, גלישה ואובדן נוזלים. בנוסף, טמפרטורות גבוהות בתחתית הבאר הציבו אתגרים למכשירים שונים. צוות הפרויקט התמקד בתמיכה טכנולוגית הנדסית ובטיפול בסוגיות טכנולוגיות מרכזיות. הם פתרו באופן עקבי אילוצים כגון הקושי לחזות נקודות מתוקות של הטרוגניות חזקה, מגבלות של מכשירים תחת טמפרטורות ולחצים גבוהים, וקיום משותף של אובדן וזרימה של נוזלי קידוח.

הם פיתחו ויישמו מערכת בוץ מבוססת סינתטי כדי לשפר את הנזילות. בין אלה, תוסף נוזל הקידוח הנוכחי, TF FL WH-1 Cement Fluid-loss Additives, שפותח על ידי Youzhu, יכול ליצור שכבה באיכות גבוהה על פני קידוח פצלי השמן, ולמנוע כניסת תסנין נוזל הקידוח לתצורה. TF FL WH-1 מיועד לשימוש בבארות עם טמפרטורות מחזור בקידוח התחתון (BHCT) בטווח של 15.6°C (60°F) עד 204°C (400°F).

TF FL WH-1 מספק בקרת אובדן נוזלים מ-API מתחת ל-36 סמ"ק/30 דקות תוך שליטה בנדידת גז מהתצורה. בדרך כלל נדרש 0.6% עד 2.0% BWOC ברוב התרחיפים. הוא משמש בדרך כלל במינון של פחות מ-0.8% BWOC ובכך מגן על המאגר ומייצב את קידוח הבאר. זה אוטם ביעילות נקבוביות ומיקרו-סדקים מפצלי השחל, מונע חדירת תסנין נוזל הקידוח ומפחית את העברת לחץ הנקבוביות, ומשפר משמעותית את עיכוב נוזל הקידוח.

תוצאות יישום בשטח מראות כי נוזל הקידוח על בסיס מים בעל ביצועים גבוהים מעכב מאוד, מגביר את מהירות הקידוח המכני, יציב בטמפרטורות גבוהות, מגן על המאגר וידידותי לסביבה.

בפברואר 2022, באר Bazhong 1HF של Sinopec, הממוקמת במאגר הנפט והגז מאבן חול מתקופת היורה, הציעה באופן חדשני את קונספט תכנון השבירה "שבירה, ספיגה וסגירת בארה" (fracturing, ambibition, and well-in integration). גישה זו פותחה כדי לטפל במאפיינים של מאגרי אבן חול צפופים בתעלות הנהר ובמקדמי לחץ גבוהים בתצורה. טכנולוגיית השבירה האופטימלית, הכוללת "חיתוך הדוק + סתימה והסטה זמנית + הוספת חול בעוצמה גבוהה + שיפור ספיגת נפט", שיפרה משמעותית את קיבולת הזרימה של נפט וגז תת-קרקעיים ויצרה מודל שבירה חדש, המספק ייחוס לשבירה בקנה מידה גדול של בארות אופקיות.

תוסף איבוד הנוזלים בטמפרטורה גבוהה של Youzhuo, חומר אטימה למניעת קריסה בטמפרטורה גבוהה ווסת זרימה בטמפרטורה גבוהה בנוזל השבירה, מתגבר על אתגרי הלחץ ואובדן הנוזלים הנגרמים מלחץ הנקבוביות בתצורה, מאמץ בקידוח וחוזק הסלע. טכנולוגיית איטום הג'ל המיוחדת, שמקורה באוניברסיטת Southwest Petroleum, מאפשרת לג'ל המיוחד להפסיק לזרום באופן אוטומטי לאחר הכניסה לשכבת האובדן, ממלאת סדקים וחללים, ויוצרת "פקק ג'ל" המבודד את נוזל התצורה הפנימי מנוזל קידוח הבאר. טכנולוגיה זו יעילה ביותר עבור דליפות חמורות בתצורות סדוקות, נקבוביות ושבורות עם איבוד נוזלים משמעותי ונפחי החזרה מינימליים.

ב-30 במאי 2023, בשעה 11:46 בבוקר, שדה הנפט טארים של תאגיד הנפט הלאומי של סין (CNPC) החל לקדוח בקידוח Shendi Teke 1, מה שסימן את תחילתו של מסע לחקר מדעי הגיאולוגיה וההנדסה העמוקים ביותר בעומקים המגיעים ל-10,000 מטרים. זהו רגע היסטורי עבור הנדסת העומק של סין, המסמל פריצת דרך משמעותית בטכנולוגיית חקר העומק של המדינה ותחילתו של "עידן 10,000 המטרים" ביכולות הקידוח.

קידוח Shendi Teke 1 ממוקם במחוז שאיה, מחוז אקסו, שינג'יאנג, בלב מדבר טקלמקאן. זהו "פרויקט עמוק של אדמה" משמעותי של CNPC בשדה הנפט טארים, הסמוך לאזור הנפט והגז העמוק במיוחד פומן, שעומקו 8,000 מטרים ועתודותיו מגיעות למיליארד טון. לבאר עומק מתוכנן של 11,100 מטרים ותקופת קידוח והשלמה מתוכננת של 457 ימים. ב-4 במרץ 2024, עומק הקידוח של Shendi Teke 1 עלה על 10,000 מטרים, מה שהופך אותה לבאר האנכית השנייה בעולם והראשונה באסיה שעוברת עומק זה. אבן דרך זו מצביעה על כך שסין התגברה באופן עצמאי על האתגרים הטכניים הכרוכים בקידוח בארות עמוקות במיוחד בסדר גודל כזה.

קידוח בעומקים של 10,000 מטרים הוא אחד התחומים המאתגרים ביותר בטכנולוגיית הנדסת נפט וגז, עם צווארי בקבוק טכניים רבים. זהו גם מדד מרכזי ליכולות הטכנולוגיה והציוד ההנדסיים של מדינה. לנוכח תנאי טמפרטורה ולחץ קיצוניים בקידוח, חלה התקדמות משמעותית בנוזלי קידוח בטמפרטורה גבוהה, מנועים עמידים בטמפרטורה גבוהה וטכנולוגיות קידוח כיווניות. פריצות דרך הושגו גם בציוד דגימת ליבות ורישום כבלים, משאיות שבירה בלחץ גבוה במיוחד עם קיבולת של 175 מגה פסקל וציוד נוזלי שבירה, אשר נוסו בהצלחה באתר. פיתוחים אלה הובילו ליצירת מספר טכנולוגיות קריטיות לקידוח בטוח ויעיל ולהשלמת בארות עמוקות במיוחד.

במערכת נוזל הקידוח ששימשה בפרויקט זה, טופלו סביבות ספציפיות של טמפרטורה גבוהה ולחץ גבוה באמצעות פיתוח של מפחית אובדן נוזלים ומעכבי קורוזיה מעולים, אשר שומרים על תכונות ריאולוגיות מצוינות בטמפרטורות גבוהות וקלים להתאמה ותחזוקה. תוספי בקרת חרסית גם שיפרו את יכולת הייבוש של חלקיקי חרסית בתנאי טמפרטורה גבוהים במיוחד, ובכך שיפרו את יכולת ההסתגלות והיציבות של נוזל הקידוח.

פצלי שמן ג'ימוסאר הוא אזור ההדגמה הלאומי הראשון של פצלי שמן יבשתי בסין, הממוקם בחלק המזרחי של אגן יונגגר. הוא משתרע על שטח של 1,278 קמ"ר ויש לו עתודה מוערכת של 1.112 מיליארד טון. בשנת 2018 החל פיתוח בקנה מידה גדול של פצלי שמן ג'ימוסאר. ברבעון הראשון, אזור ההדגמה הלאומי של פצלי שמן יבשתי בשינג'יאנג ג'ימוסאר ייצר 315,000 טון של פצלי שמן, וקבע שיא היסטורי חדש. אזור ההדגמה מאיץ את המאמצים להגדלת עתודות ותפוקת פצלי שמן, עם תוכניות להשלים 100 בארות קידוח ו-110 בארות שבירה עד 2024.

פצלי שמן, שהוא נפט המחובר לסלע פצלי שמן או בתוך הסדקים שלו, הוא אחד מסוגי הנפט הקשים ביותר להפקה. לשינג'יאנג יש משאבי פצלי שמן עשירים עם סיכויים רחבים לחיפוש ופיתוח. סין זיהתה משאבי פצלי שמן כאזור מפתח להחלפת נפט עתידית. וו צ'נגמיי, מהנדס משני במרכז המחקר הגיאולוגי של אזור תפעול שדה הנפט ג'יקינג בשדה הנפט שינג'יאנג, מסביר כי פצלי שמן ג'ימוסאר קבור בדרך כלל יותר מ-3,800 מטרים מתחת לאדמה. הקבורה העמוקה והחדירות הנמוכה במיוחד הופכים את ההפקה למאתגרת כמו הפקת נפט מאבן משחזת.

פיתוח שמן פצלי השמן היבשתי בסין ניצב בדרך כלל בפני ארבעה אתגרים עיקריים: ראשית, הנפט כבד יחסית, מה שמקשה על זרימתו; שנית, הנקודות המתוקות קטנות וקשה לחיזוי; שלישית, תכולת החימר הגבוהה מקשה על השבירה; רביעית, החלוקה אינה עקבית, ומסבכת את הפעולות. גורמים אלה מגבילים זה מכבר את הפיתוח בקנה מידה גדול ויעיל של שמן פצלי השמן היבשתי בסין. בפרויקט, לטיפול בנוזל זרימה חוזרת של שבירה, נעשה שימוש בתוסף חדש להפחתת זיהום ולמחזור הנוזל, והפיכתו בחזרה לנוזל שבירה לשימוש חוזר. שיטה זו נבדקה בתשע בארות בשנת 2023 עם תוצאות מצוינות. נכון ליוני 2024, הפרויקט מתכנן להשתמש בנוזל השבירה המשוחזר במבצע שבירה בקנה מידה גדול.

התצורה העיקרית של הפרויקט מורכבת מתפרי פחם, מקטעי אבן בוץ אפורים וחומים, שהם תצורות רגישות למים. בבלוק פצלי הנפט של ג'ימוסר, קטע החור הפתוח של הבאר השנייה ארוך, וזמן ההשריה של התצורה מתארך. אם משתמשים בבוץ על בסיס מים, קריסה וחוסר יציבות צפויים, אך נוזלי קידוח על בסיס נפט אינם גורמים להשפעות הידרציה. נוזלי קידוח אמולסיית שמן-במים, כאשר הם יציבים, גם אינם גורמים להשפעות הידרציה, ולכן נוזלי קידוח על בסיס נפט אינם יוצרים לחצי נפיחות של הידרציה. מחקרים הובילו לאימוץ מערכת בוץ על בסיס נפט, עם עקרונות ואמצעים למניעת קריסה כדלקמן: 1. עיכוב כימי: שליטה ביחס שמן-מים מעל 80:20 כדי להפחית חדירת פאזות מים לתצורה, תוך מניעת נפיחות וקריסה יעילה של תפרי פחם ותצורות רגישות מאוד למים. 2. סתימה פיזית: הוספת חומרי משקל כגון חומרי סידן מראש בתצורות חלשות כדי לשפר את כושר נשיאת הלחץ של התצורה ולמנוע דליפה של הבאר. 3. תמיכה מכנית: שליטה בצפיפות מעל 1.52 גרם/סמ"ק, הגדלה הדרגתית של הצפיפות עד לגבול התכנון של 1.58 גרם/סמ"ק בחלק הבנייה. חומרי שקילה המיוצרים על ידי חברת Youzhu יכולים להשיג את האפקט הרצוי, ולהבטיח השלמה חלקה ומוצלחת של פרויקטים של קידוח והשלמת בארות.