油田化学添加剤の応用事例

2022年、西北油田坑井完成管理センターは、新型コロナウイルス感染症のパンデミックの影響を受ける中、油井制御装置や重油閉塞パイプ洗浄など24件のプロジェクトを完了し、1368万3000元の調達コストを削減した。

石油パイプラインの使用中、ワックス、ポリマー、塩類の影響によりパイプの内径は徐々に狭くなり、原油の流れが減少するため、原油生産量に影響を及ぼします。そのため、掘削会社は通常、年に一度パイプラインを洗浄します。パイプ継手の溶接部を処理した後、パイプラインを洗浄する必要があります。

一般的に、油管として使用される鋼管は、内面と外面の両方に錆が発生します。洗浄しないと、使用後に作動油が汚染され、油圧機器の正常な動作に影響します。そのため、酸洗浄によってパイプの内面の錆を除去する必要があります。酸洗浄はパイプの外面の錆も除去できるため、パイプの外面に防錆塗料を塗布するのに役立ち、長期的な防食保護を提供します。酸洗浄は一般的に、濃度0%～15%の酸溶液を使用して行われます。Youzhu社は、腐食抑制剤製品として、油田での使用に適した高温耐性酸性腐食抑制剤であるUZ CI-180を提供しています。酸処理または酸洗の過程で、酸は鋼を腐食させ、高温では腐食の速度と範囲が大幅に増加するため、油田生産では高温パイプの腐食防止が特に重要であり、これは油田開発の利益だけでなく、生産の安全にも密接に関係しています。パイプラインや機器の酸腐食の程度は、接触時間、酸濃度、温度条件などに依存します。UZ CI-180は優れた耐高温性を持ち、350°F (180°C)までの温度で、UZ CI-180を酸混合物に添加することで、坑底の高温での鋼に対する酸の腐食効果を大幅に低減できます。Youzhuは、パイプ洗浄、掘削流体配合、および機器メンテナンスのプロジェクトで、西北油田管理センターから高い評価を受けています。

東営市東三路に位置する豊業1-10HF井は、20日間の掘削サイクルという壁を突破した初のシェールオイル水平坑井であり、予定より24日も早く掘削を完了しました。この坑井は、国家エネルギー局が承認した3つの国家シェールオイル実証区の1つであり、中国初の大陸断層盆地シェールオイルの国家実証区でもあります。予定より24日早く掘削を完了したことで、1000万元以上のコスト削減につながりました。

わずか400メートル先に破砕された井戸が近接していること、および砂礫岩境界に近いことから、豊業1-10HF井戸は水の浸入、溢流、および流体損失のリスクに直面していました。さらに、井戸底の高温は、さまざまな計測機器にとって課題となっていました。プロジェクトチームは、エンジニアリング技術のサポートと主要な技術的問題への取り組みに重点を置きました。彼らは、強い不均質性のスイートスポットの予測の難しさ、高温高圧下での計測機器の限界、掘削流体の損失と流入の共存といった制約を順次解決しました。

彼らは流動性を向上させるために合成ベースの泥水システムを開発し、適用しました。その中でも、Youzhuが開発した現在の掘削流体添加剤TF FL WH-1セメント流体損失添加剤は、頁岩坑井の表面に高品質の膜を形成し、掘削流体濾液が地層に侵入するのを防ぐことができます。TF FL WH-1は、坑底循環温度（BHCT）が60℉（15.6℃）から400℉（204℃）の坑井での使用を想定して設計されています。

TF FL WH-1は、地層からのガス移動を抑制しながら、API流体損失を36cc/30分未満に抑えます。一般的に、ほとんどのスラリーでは0.6%～2.0% BWOCが必要です。通常、0.8% BWOC未満の添加量で使用され、貯留層を保護し、坑井を安定させます。これにより、頁岩の細孔や微細亀裂が効果的に密閉され、掘削流体の濾液の侵入を防ぎ、間隙水圧の伝達を低減し、掘削流体の抑制効果を大幅に高めます。

現場での適用結果によると、この高性能水系掘削液は、高い抑制効果を持ち、機械掘削速度を向上させ、高温下でも安定しており、貯留層を保護し、環境に優しいことが示されています。

2022年2月、ジュラ紀河川砂岩油ガス貯留層に位置するSinopecのBazhong 1HF井は、「破砕、浸透、坑井閉鎖の統合」という革新的な破砕設計コンセプトを提案しました。このアプローチは、密度の高い河川砂岩貯留層の特性と高い地層圧力係数に対応するために開発されました。「タイトカッティング＋一時的な閉塞と迂回＋高強度砂添加＋浸透油増量」を含む最適化された破砕技術は、地下の石油・ガスの流動能力を大幅に向上させ、新しい破砕モデルを確立し、水平坑井の大規模破砕の参考となりました。

Youzhuoの高温流体損失添加剤、高温崩壊防止プラグ剤、および高温流量調整剤は、破砕液に添加することで、地層間隙水圧、坑井応力、岩盤強度によって引き起こされる圧力と流体損失の課題を克服します。西南石油大学から派生した特殊ゲルプラグ技術は、損失層に入ると特殊ゲルが自動的に流れを止め、亀裂や空隙を埋めて「ゲルプラグ」を形成し、地層内部の流体を坑井流体から隔離します。この技術は、流体損失が大きく、戻り量が最小限である、亀裂、多孔質、破損した地層における深刻な漏洩に対して非常に効果的です。

2023年5月30日午前11時46分、中国石油天然気集団公司（CNPC）のタリム油田は、深度1万メートルに達する超深部地質・工学探査の旅の始まりを告げる、神地特科1号井の掘削を開始しました。これは中国の深部地質工学にとって歴史的な瞬間であり、中国の深部地質探査技術における大きなブレークスルー、そして掘削能力における「1万メートル時代」の幕開けを意味します。

申迪特克1号井は、新疆ウイグル自治区アクス地区沙耶県、タクラマカン砂漠の中心部に位置する。これは、深度8,000メートル、埋蔵量10億トンの富満超深度油ガス田に隣接するタリム油田における、中国石油天然気集団公司（CNPC）による重要な「深地掘削プロジェクト」である。この井の設計深度は11,100メートル、掘削・完成予定期間は457日である。2024年3月4日、申迪特克1号井の掘削深度は10,000メートルを超え、世界で2番目、アジアでは初めてこの深度を超えた垂直井となった。このマイルストーンは、中国がこれほどの規模の超深度井の掘削に伴う技術的課題を独自に克服したことを示している。

深度10,000メートルでの掘削は、石油・ガス工学技術の中でも最も困難な分野の一つであり、数多くの技術的なボトルネックが存在します。また、これは国の工学技術力と設備能力を示す重要な指標でもあります。坑内における極端な温度と圧力条件に直面し、高温掘削流体、耐高温モーター、方向掘削技術において大きな進歩が見られました。さらに、コアサンプリング装置、ケーブルロギング装置、175MPaの超高圧フラクチャリングトラック、フラクチャリング流体装置においても画期的な技術開発が進み、現場での試験も成功しました。これらの開発により、超深度井の安全かつ効率的な掘削と完成を実現するための重要な技術が数多く確立されました。

本プロジェクトで使用した掘削流体システムでは、高温高圧環境に対応するため、高温下でも優れたレオロジー特性を維持し、調整・維持管理が容易な高性能流体損失低減剤および腐食抑制剤を開発しました。また、粘土制御添加剤は、超高温条件下での粘土粒子の脱水能力を高め、掘削流体の適応性と安定性を向上させました。

ジムサル頁岩油田は、中国初の国家級陸上頁岩油実証区であり、ジュンガル盆地の東部に位置しています。面積は1,278平方キロメートルで、推定埋蔵量は11億1,200万トンです。2018年にジムサル頁岩油田の大規模開発が開始され、第1四半期には新疆ジムサル国家級陸上頁岩油実証区で31万5,000トンの頁岩油が生産され、過去最高記録を樹立しました。実証区は頁岩油の埋蔵量と生産量の増加に向けた取り組みを加速させており、2024年までに100本の掘削井と110本の破砕井を完成させる計画です。

頁岩に付着している、あるいは頁岩の亀裂の中に存在するシェールオイルは、最も抽出が難しい種類の石油の一つです。新疆には豊富なシェールオイル資源があり、探査と開発の見通しは広範です。中国はシェールオイル資源を将来の石油代替の重要分野として位置付けています。新疆油田の済慶油田操業区地質研究センターの呉承梅副技師は、ジムサール頁岩オイルは一般的に地下3,800メートル以上に埋まっていると説明しています。埋没深度が深く、特に浸透率が低いため、抽出は砥石から油を抽出するのと同じくらい困難です。

中国の陸上シェールオイル開発は、一般的に4つの大きな課題に直面しています。1つ目は、オイルが比較的重く、流動しにくいこと。2つ目は、有望な油田が小さく、予測が難しいこと。3つ目は、粘土含有量が高いため、フラクチャリングが困難であること。4つ目は、分布が不均一で、操業が複雑になることです。これらの要因により、中国における陸上シェールオイルの大規模かつ効率的な開発は長らく制限されてきました。このプロジェクトでは、フラクチャリングの戻り液を処理するため、新しい添加剤を使用して汚染を減らし、流体をリサイクルして、フラクチャリング液に戻して再利用します。この方法は2023年に9つの井戸でテストされ、優れた結果が得られました。2024年6月現在、このプロジェクトでは、再構成されたフラクチャリング液を大規模なフラクチャリング作業に使用する予定です。

このプロジェクトの主な地層は、石炭層、灰色および褐色の泥岩層からなり、これらは水に敏感な地層です。ジムサール頁岩油ブロックでは、2番目の井戸のオープンホールセクションが長く、地層の浸漬時間が長くなります。水系泥水を使用すると、崩壊や不安定化が起こりやすくなりますが、油系掘削流体は水和効果を引き起こしません。水中油型エマルジョン掘削流体も、安定していれば水和効果を引き起こしません。したがって、油系掘削流体は水和膨張圧力を発生させません。研究の結果、以下のような崩壊防止の原理と対策を備えた油系泥水システムが採用されました。1. 化学的抑制：油水比を80:20以上に制御して、地層への水相の侵入を減らし、石炭層や水に非常に敏感な地層の膨張と崩壊を効果的に防止します。2. 物理的遮断：脆弱な地層にカルシウム材料などの増量剤を事前に添加して、地層の耐圧能力を高め、井戸からの漏洩を防止します。 3. 機械的サポート：密度を1.52g/cm³以上に制御し、構築部で徐々に密度を設計限界の1.58g/cm³まで増加させます。Youzhu社製の増粘剤は所望の効果を発揮し、掘削および坑井完成プロジェクトの円滑かつ成功裡の完了を保証します。