Toepassingsvoorbeelden van chemische additieven voor de olie- en gasindustrie

In 2022, ondanks de impact van de COVID-19-pandemie, voltooide het Northwest Oilfield Well Completion Management Center 24 projecten, waaronder de installatie van apparatuur voor de beheersing van oliebronnen en het reinigen van pijpleidingen die verstopt waren met zware olie. Hiermee werden inkoopkosten van 13,683 miljoen yuan bespaard.

Tijdens het gebruik van oliepijpleidingen neemt de diameter ervan steeds verder af door de ophoping van was, polymeren en zouten. Dit vermindert de doorstroming van ruwe olie en beïnvloedt de olieproductie. Daarom reinigen boorbedrijven de pijpleidingen over het algemeen eenmaal per jaar. Na de behandeling van de lasnaden van de pijpverbindingen is het noodzakelijk om de pijpen zelf te reinigen.

Onder normale omstandigheden vertonen stalen olieleidingen roest aan zowel de binnen- als de buitenkant. Indien deze roest niet wordt verwijderd, zal dit de hydraulische olie na gebruik vervuilen, wat de normale werking van de hydraulische installaties beïnvloedt. Daarom is het noodzakelijk om de roest aan de binnenzijde van de leidingen te verwijderen door middel van een zuurbehandeling. Zuurbehandeling verwijdert ook de roest aan de buitenzijde van de leidingen, wat gunstig is voor het aanbrengen van een antiroestverf op de buitenzijde van de leidingen en zo een langdurige corrosiebescherming biedt. Zuurbehandeling wordt doorgaans uitgevoerd met een zure oplossing met een concentratie van 0% tot 15%. Youzhu Company levert corrosieremmers zoals UZ CI-180, een hittebestendige, zuurcorrosieve remmer voor gebruik in de olie- en gasindustrie. Tijdens het zuurbehandelingsproces of beitsen corrodeert het zuur het staal, en bij hoge temperaturen neemt de snelheid en omvang van de corrosie aanzienlijk toe. Daarom is corrosiepreventie van leidingen die aan hoge temperaturen worden blootgesteld in de olie- en gasindustrie van bijzonder belang, niet alleen voor de winstgevendheid van de olie- en gaswinning, maar ook voor de veiligheid van de productie. De mate van zuurerosie op pijpleidingen en apparatuur hangt af van de contacttijd, de zuurconcentratie en de temperatuursomstandigheden, enz. UZ CI-180 heeft een uitstekende hoge temperatuurbestendigheid en bij temperaturen tot 180 °C (350 °F) kan het corrosieve effect van zuur op staal bij hoge temperaturen op de bodem van de put aanzienlijk worden verminderd door UZ CI-180 aan het zuurmengsel toe te voegen. Youzhu heeft van het Northwest Oilfield Management Center veel erkenning gekregen voor haar projecten op het gebied van pijpleidingreiniging, boorvloeistofformulering en apparatuuronderhoud.

De Fengye 1-10HF-put, gelegen aan Dong San Road in Dongying City, is de eerste horizontale schalieolieput die de grens van 20 dagen boortijd heeft doorbroken en 24 dagen eerder dan gepland is voltooid. Het is een van de drie nationale demonstratiezones voor schalieolie die zijn goedgekeurd door de Nationale Energieadministratie en de eerste nationale demonstratiezone voor schalieolie uit continentale breukbekkens in China. Door de put 24 dagen eerder dan gepland te voltooien, werd meer dan 10 miljoen yuan aan kosten bespaard.

Door de nabijheid van een nabijgelegen, op slechts 400 meter afstand gelegen, gefractureerde put en de nabijheid van de grindgesteentegrens, liep de Fengye 1-10HF-put risico's op waterindringing, overloop en vloeistofverlies. Daarnaast vormden de hoge temperaturen op de bodem van de put een uitdaging voor diverse instrumenten. Het projectteam richtte zich op technische ondersteuning en het aanpakken van belangrijke technologische problemen. Ze slaagden erin om knelpunten op te lossen, zoals de moeilijkheid om sterke heterogeniteitszones te voorspellen, de beperkingen van instrumenten bij hoge temperaturen en drukken, en het gelijktijdig voorkomen van boorvloeistofverlies en -instroom.

Ze ontwikkelden en pasten een op synthetische materialen gebaseerd moddersysteem toe om de vloeibaarheid te verbeteren. Een van deze additieven, TF FL WH-1 Cement Fluid-loss Additives, ontwikkeld door Youzhu, kan een hoogwaardige film vormen op het oppervlak van de boorgatwand in schaliegesteente, waardoor wordt voorkomen dat boorvloeistoffiltraat de formatie binnendringt. TF FL WH-1 is ontworpen voor gebruik in putten met bodemtemperatuur (BHCT) tussen 15,6 °C en 204 °C.

TF FL WH-1 biedt API-vloeistofverliesbeheersing onder de 36 cc/30 min en beperkt tegelijkertijd de gasmigratie vanuit de formatie. Over het algemeen is 0,6% tot 2,0% BWOC nodig in de meeste slurries. Het wordt meestal gebruikt in een dosering van minder dan 0,8% BWOC, waardoor het reservoir wordt beschermd en de boorgatwand wordt gestabiliseerd. Dit dicht effectief de poriën en microfracturen van de schalie af, voorkomt dat boorvloeistoffiltraat binnendringt en vermindert de overdracht van poriedruk, wat de inhibitie van de boorvloeistof aanzienlijk verbetert.

Uit praktijktests blijkt dat de hoogwaardige boorvloeistof op waterbasis een sterk remmende werking heeft, de mechanische boorsnelheid verhoogt, stabiel is bij hoge temperaturen, het reservoir beschermt en milieuvriendelijk is.

In februari 2022 introduceerde Sinopec met de Bazhong 1HF-put, gelegen in een olie- en gasreservoir van Jura-rivierbeddingzandsteen, een innovatief fracturatieontwerpconcept dat "fracturering, imbibitie en putafsluiting geïntegreerd" combineert. Deze aanpak werd ontwikkeld om de kenmerken van dichte rivierbeddingzandsteenreservoirs en hoge formatiedrukcoëfficiënten aan te pakken. De geoptimaliseerde fracturatietechnologie, die "strak snijden + tijdelijke afsluiting en omleiding + intensieve zandtoevoeging + verbetering van de olieproductie door imbibitie" omvat, verbeterde de stroomcapaciteit van ondergrondse olie en gas aanzienlijk en vestigde een nieuw fracturatiemodel, dat als referentie kan dienen voor grootschalige fracturatie van horizontale putten.

De door Youzhuo ontwikkelde hogetemperatuurvloeistofverliesadditief, hogetemperatuur-anti-instortingsafdichting en hogetemperatuur-stroomregelaar in de fractureringsvloeistof overwinnen de druk- en vloeistofverliesproblemen die worden veroorzaakt door de poriedruk van de formatie, de spanning in het boorgat en de gesteentesterkte. De speciale gelafdichtingstechnologie, ontwikkeld door de Southwest Petroleum University, zorgt ervoor dat de speciale gel automatisch stopt met stromen nadat deze de verlieslaag bereikt, waardoor breuken en holtes worden opgevuld en een "gelplug" wordt gevormd die de interne formatievloeistof isoleert van de boorgatvloeistof. Deze technologie is zeer effectief bij ernstige lekkage in gebroken, poreuze en beschadigde formaties met aanzienlijk vloeistofverlies en minimale retourvolumes.

Op 30 mei 2023 om 11:46 uur begon China National Petroleum Corporation (CNPC) met het boren van de Shendi Teke 1-put op het Tarim-olieveld. Dit markeerde het begin van een project om ultradiepe geologische en technische wetenschappen te onderzoeken tot een diepte van 10.000 meter. Het is een historisch moment voor de Chinese diepzeetechnologie en betekent een belangrijke doorbraak in de diepzee-exploratietechnologie van het land, evenals het begin van het "10.000-meter tijdperk" in boorcapaciteit.

De Shendi Teke 1-put bevindt zich in Shaya County, prefectuur Aksu, Xinjiang, in het hart van de Taklamakan-woestijn. Het is een belangrijk "diepwaterproject" van CNPC in het Tarim-olieveld, grenzend aan het Fuman-gebied met ultradiepe olie en gas, dat een diepte van 8.000 meter en reserves van één miljard ton heeft. De put heeft een ontwerpdiepte van 11.100 meter en een geplande boor- en voltooiingsperiode van 457 dagen. Op 4 maart 2024 overschreed de boordiepte van Shendi Teke 1 de 10.000 meter, waarmee het de tweede verticale put ter wereld en de eerste in Azië werd die deze diepte overtrof. Deze mijlpaal toont aan dat China zelfstandig de technische uitdagingen heeft overwonnen die gepaard gaan met het boren van ultradiepe putten van deze omvang.

Boren op een diepte van 10.000 meter is een van de meest uitdagende gebieden binnen de olie- en gastechnologie, met talloze technische knelpunten. Het is tevens een belangrijke indicator voor de technische mogelijkheden en de apparatuur van een land. Gezien de extreme temperaturen en drukken in de boorgaten, zijn er aanzienlijke vooruitgangen geboekt op het gebied van boorvloeistoffen voor hoge temperaturen, hittebestendige motoren en gestuurde boortechnologieën. Ook zijn er doorbraken bereikt in apparatuur voor kernboringen en kabellogging, ultra-hogedruk-fractureertrucks met een capaciteit van 175 MPa en apparatuur voor fractureervloeistoffen, die met succes ter plaatse zijn getest. Deze ontwikkelingen hebben geleid tot de creatie van diverse cruciale technologieën voor het veilig en efficiënt boren en voltooien van ultradiepe putten.

In het boorvloeistofsysteem dat in dit project is gebruikt, is rekening gehouden met specifieke omstandigheden met hoge temperaturen en hoge drukken. Dit is bereikt door de ontwikkeling van superieure vloeistofverliesremmers en corrosieremmers die uitstekende reologische eigenschappen behouden bij hoge temperaturen en die eenvoudig aan te passen en te onderhouden zijn. Additieven voor kleibeheersing hebben bovendien het ontwateringsvermogen van kleideeltjes onder extreem hoge temperaturen verbeterd, waardoor de aanpasbaarheid en stabiliteit van de boorvloeistof zijn vergroot.

Het Jimusar-schalieolieveld is China's eerste nationale demonstratiezone voor schalieolie op het land, gelegen in het oostelijke deel van het Junggar-bekken. Het beslaat een gebied van 1.278 vierkante kilometer en heeft een geschatte reserve van 1,112 miljard ton. In 2018 begon de grootschalige ontwikkeling van de Jimusar-schalieolie. In het eerste kwartaal produceerde de Xinjiang Jimusar National Terrestrial Shale Oil Demonstration Zone 315.000 ton schalieolie, een nieuw historisch record. De demonstratiezone versnelt de inspanningen om de schalieoliereserves en -productie te vergroten, met plannen om tegen 2024 100 boorgaten en 110 fracking-putten te voltooien.

Schalieolie, oftewel olie die vastzit aan schaliegesteente of in de spleten ervan, is een van de moeilijkst te winnen oliesoorten. Xinjiang beschikt over rijke schalieolievoorraden met ruime exploratie- en ontwikkelingsmogelijkheden. China heeft schalieolievoorraden aangewezen als een belangrijk gebied voor toekomstige vervanging van olie. Wu Chengmei, een assistent-ingenieur bij het Geologisch Onderzoekscentrum van het Jiqing-olieveld in Xinjiang, legt uit dat de schalieolie in Jimusar doorgaans meer dan 3800 meter onder de grond ligt. De diepe ligging en de bijzonder lage permeabiliteit maken de winning net zo lastig als het winnen van olie uit een slijpsteen.

De ontwikkeling van schalieolie in China wordt over het algemeen geconfronteerd met vier grote uitdagingen: ten eerste is de olie relatief zwaar, waardoor deze moeilijk te stromen is; ten tweede zijn de optimale zones klein en moeilijk te voorspellen; ten derde maakt het hoge kleigehalte het fracken lastig; ten vierde is de verspreiding inconsistent, wat de operaties bemoeilijkt. Deze factoren hebben de grootschalige en efficiënte ontwikkeling van schalieolie in China lange tijd belemmerd. In dit project wordt een nieuw additief gebruikt om de terugvloeiende fracturatievloeistof te behandelen, de vervuiling te verminderen en de vloeistof te recyclen, zodat deze weer als fracturatievloeistof kan worden gebruikt. Deze methode is in 2023 getest op negen putten met uitstekende resultaten. Het project is van plan om de gereconstitueerde fracturatievloeistof vanaf juni 2024 te gebruiken bij een grootschalige fracturatieoperatie.

De hoofdformatie van het project bestaat uit steenkoollagen en grijze en bruine moddersteenlagen, die watergevoelige formaties zijn. In het Jimusar-schalieolieblok is het open-gatgedeelte van de tweede put lang, waardoor de inweektijd van de formatie verlengd is. Bij gebruik van boorvloeistof op waterbasis is de kans op instorting en instabiliteit groot, terwijl boorvloeistoffen op oliebasis geen hydratatie-effecten veroorzaken. Boorvloeistoffen op oliebasis, die stabiel zijn, veroorzaken evenmin hydratatie-effecten. Daarom creëren boorvloeistoffen op oliebasis geen hydratatie-zweldruk. Onderzoek heeft geleid tot de toepassing van een boorvloeistofsysteem op oliebasis, met de volgende anti-instortingsprincipes en -maatregelen: 1. Chemische inhibitie: Het beheersen van de olie-waterverhouding boven 80:20 om de indringing van water in de formatie te verminderen, waardoor zwelling en instorting van steenkoollagen en zeer watergevoelige formaties effectief worden voorkomen. 2. Fysieke afdichting: Het vooraf toevoegen van verzwaringsmiddelen zoals calciummaterialen in zwakke formaties om het drukdragend vermogen van de formatie te verhogen en lekkage uit de put te voorkomen. 3. Mechanische ondersteuning: De dichtheid wordt gecontroleerd boven 1,52 g/cm³ en vervolgens geleidelijk verhoogd tot de ontwerplimiet van 1,58 g/cm³ in het opbouwgedeelte. De door Youzhu Company geproduceerde verzwaringsmiddelen kunnen het gewenste effect bereiken en zorgen voor een vlotte en succesvolle voltooiing van boor- en putafwerkingsprojecten.