Przykłady zastosowań dodatków chemicznych do złóż ropy naftowej

W 2022 roku, w obliczu skutków pandemii COVID-19, Centrum Zarządzania Zakończeniem Prac na Polu Naftowym Northwest Oilfield Well Completion Management Center ukończyło 24 projekty, w tym dostawę sprzętu do kontroli odwiertów naftowych i czyszczenie rur zatorowych ciężkiej ropy, oszczędzając w ten sposób 13,683 mln juanów na kosztach zakupu.

Podczas eksploatacji rur naftowych średnica rury staje się coraz węższa ze względu na działanie wosku, polimerów i soli, co zmniejsza przepływ ropy naftowej i wpływa na jej wydobycie. Dlatego firmy wiertnicze zazwyczaj czyszczą rury raz w roku. Po oczyszczeniu spoin połączeń rurowych konieczne jest ich oczyszczenie.

Zazwyczaj rury stalowe używane jako rurociągi naftowe mają rdzę zarówno na powierzchni wewnętrznej, jak i zewnętrznej. Nieczyszczenie może zanieczyścić olej hydrauliczny po użyciu, co negatywnie wpływa na prawidłowe działanie urządzeń hydraulicznych. Dlatego konieczne jest usunięcie rdzy z wewnętrznej powierzchni rur poprzez płukanie kwasem. Płukanie kwasem może również usunąć rdzę z zewnętrznej powierzchni rur, co jest korzystne dla nałożenia farby antykorozyjnej na zewnętrzną powierzchnię rur, zapewniając długotrwałą ochronę antykorozyjną. Płukanie kwasem zazwyczaj przeprowadza się roztworem kwasu o stężeniu od 0% do 15%. Firma Youzhu oferuje inhibitory korozji: UZ CI-180, odporny na wysokie temperatury inhibitor korozji kwasowej do zastosowań w złożach ropy naftowej. W procesie zakwaszania lub trawienia kwas powoduje korozję stali, a w wysokiej temperaturze szybkość i zasięg korozji znacznie wzrastają. Dlatego w produkcji na złożach ropy naftowej zapobieganie korozji rur wysokotemperaturowych jest szczególnie ważne, co wiąże się nie tylko z korzyściami płynącymi z eksploatacji złóż ropy naftowej, ale także z bezpieczeństwem produkcji. Stopień erozji kwasowej rurociągów i urządzeń zależy od czasu kontaktu, stężenia kwasu, warunków temperaturowych itp. UZ CI-180 charakteryzuje się doskonałą odpornością na wysokie temperatury, a w temperaturach do 180°C (350°F) wpływ kwasu na korozję stali w wysokich temperaturach na dnie odwiertu można znacznie ograniczyć, dodając UZ CI-180 do mieszaniny kwasowej. Firma Youzhu otrzymała wysokie uznanie od Northwest Oilfield Management Center za projekty w zakresie czyszczenia rur, formulacji płynów wiertniczych i konserwacji urządzeń.

Zlokalizowany przy ulicy Dong San w mieście Dongying, odwiert Fengye 1-10HF jest pierwszym poziomym odwiertem ropy łupkowej, który przekroczył barierę 20-dniowego cyklu wiercenia, kończąc 24 dni przed terminem. Jest to jedna z trzech krajowych stref demonstracyjnych ropy łupkowej zatwierdzonych przez Narodową Administrację Energetyczną (National Energy Administration) i pierwsza krajowa strefa demonstracyjna ropy łupkowej z basenu uskokowego w Chinach. Ukończenie odwiertu 24 dni przed terminem pozwoliło zaoszczędzić ponad 10 milionów juanów na kosztach.

Ze względu na bliskość pobliskiego odwiertu, który został spękany zaledwie 400 metrów dalej, oraz bliskość granicy żwirowo-skalnej, odwiert Fengye 1-10HF był narażony na ryzyko wnikania wody, przepełnienia i utraty płynu wiertniczego. Dodatkowo, wysokie temperatury na dnie odwiertu stanowiły wyzwanie dla różnych urządzeń. Zespół projektowy skupił się na wsparciu technicznym i rozwiązywaniu kluczowych problemów technologicznych. Sukcesywnie rozwiązywali ograniczenia, takie jak trudności w przewidywaniu optymalnych punktów o dużej heterogeniczności, ograniczenia urządzeń w wysokich temperaturach i ciśnieniach oraz współwystępowanie utraty i napływu płynu wiertniczego.

Opracowali i zastosowali syntetyczny system płuczki wiertniczej w celu poprawy płynności. Wśród nich, obecny dodatek do płynu wiertniczego TF FL WH-1 Cement Fluid-loss Additives, opracowany przez Youzhu, może tworzyć wysokiej jakości warstwę na powierzchni odwiertu łupkowego, zapobiegając przedostawaniu się filtratu płynu wiertniczego do złoża. TF FL WH-1 jest przeznaczony do stosowania w odwiertach o temperaturach cyrkulacji dennej (BHCT) w zakresie od 60°F (15,6°F) do 400°F (204°F).

TF FL WH-1 zapewnia kontrolę strat płynu API poniżej 36 cm3/30 min, jednocześnie kontrolując migrację gazu z formacji. Zazwyczaj w większości szlamów wymagane jest stężenie BWOC od 0,6% do 2,0%. Zazwyczaj stosuje się go w stężeniu BWOC poniżej 0,8%, chroniąc w ten sposób złoże i stabilizując otwór wiertniczy. Skutecznie uszczelnia pory i mikropęknięcia łupkowe, zapobiegając wnikaniu filtratu płuczki wiertniczej i zmniejszając przenoszenie ciśnienia porowego, co znacznie zwiększa inhibicję płuczki wiertniczej.

Wyniki badań terenowych pokazują, że wysokowydajny płyn wiertniczy na bazie wody ma silne właściwości hamujące, zwiększa prędkość wiercenia mechanicznego, jest stabilny w wysokich temperaturach, chroni złoże i jest przyjazny dla środowiska.

W lutym 2022 roku, odwiert Bazhong 1HF firmy Sinopec, zlokalizowany w złożu ropy naftowej i gazu ziemnego z piaskowca koryta rzeki Jurajskiej, zaproponował innowacyjną koncepcję szczelinowania, polegającą na „szczelinowaniu, wchłanianiu i integracji zamknięcia odwiertu”. Podejście to opracowano z myślą o uwzględnieniu specyfiki złóż piaskowca koryta rzeki o dużej gęstości i wysokich współczynnikach ciśnienia w formacjach. Zoptymalizowana technologia szczelinowania, obejmująca „ścisłe cięcie + tymczasowe zatkanie i przekierowanie + dodatek piasku o wysokiej intensywności + wzbogacenie ropy naftowej poprzez wchłanianie”, znacząco zwiększyła przepustowość podziemnej ropy naftowej i gazu ziemnego oraz stworzyła nowy model szczelinowania, stanowiący punkt odniesienia dla szczelinowania poziomego odwiertów na dużą skalę.

Dodatek Youzhuo zapobiegający utracie płynu w wysokiej temperaturze, środek zapobiegający zapadaniu się w wysokiej temperaturze oraz regulator przepływu w wysokiej temperaturze w płynie szczelinującym przezwyciężają problemy związane z ciśnieniem i utratą płynu, wynikające z ciśnienia w porach formacji, naprężeń w odwiercie i wytrzymałości skał. Specjalna technologia zatykania żelem, opracowana przez Southwest Petroleum University, pozwala żelowi automatycznie zatrzymać przepływ po wniknięciu do warstwy ubytkowej, wypełniając szczeliny i puste przestrzenie, tworząc „żelowy korek”, który izoluje płyn złożowy od płynu z odwiertu. Technologia ta jest wysoce skuteczna w przypadku poważnych wycieków w formacjach spękanych, porowatych i spękanych, charakteryzujących się znaczną utratą płynu i minimalnymi objętościami powrotu.

30 maja 2023 roku, o godzinie 11:46, na polu naftowym Tarim należącym do China National Petroleum Corporation (CNPC) rozpoczęto wiercenie odwiertu Shendi Teke 1, sygnalizując tym samym początek eksploracji ultragłębokich złóż geologicznych i inżynieryjnych na głębokościach sięgających 10 000 metrów. To historyczny moment dla chińskiej inżynierii głębinowej, oznaczający przełom w chińskiej technologii eksploracji głębinowej i początek „ery 10 000 metrów” w zakresie możliwości wiercenia.

Odwiert Shendi Teke 1 znajduje się w powiecie Shaya w prefekturze Aksu w prowincji Xinjiang, w sercu pustyni Taklamakan. Jest to znaczący projekt wierceń głębinowych realizowany przez CNPC na polu naftowym Tarim, sąsiadującym z obszarem ultragłębokich złóż ropy naftowej i gazu Fuman, o głębokości 8000 metrów i zasobach wynoszących miliard ton. Projekt odwiertu zakłada głębokość 11 100 metrów, a planowany czas wiercenia i realizacji wynosi 457 dni. 4 marca 2024 roku głębokość odwiertu Shendi Teke 1 przekroczyła 10 000 metrów, co czyni go drugim na świecie i pierwszym w Azji odwiertem pionowym o tej głębokości. Ten kamień milowy wskazuje, że Chiny samodzielnie pokonały wyzwania techniczne związane z wierceniem ultragłębokich odwiertów tej wielkości.

Wiercenie na głębokości 10 000 metrów to jedna z najtrudniejszych dziedzin inżynierii naftowej i gazowej, charakteryzująca się licznymi wąskimi gardłami technicznymi. Jest to również kluczowy wskaźnik potencjału technologicznego i sprzętowego danego kraju. W obliczu ekstremalnych warunków temperaturowych i ciśnieniowych w otworze wiertniczym, poczyniono znaczne postępy w dziedzinie płynów wiertniczych o wysokiej temperaturze, silników wysokotemperaturowych oraz technologii wierceń kierunkowych. Przełom nastąpił również w dziedzinie sprzętu do pobierania próbek rdzeni i pomiarów kabli, wozów szczelinujących o bardzo wysokim ciśnieniu i wydajności 175 MPa oraz sprzętu do płynów szczelinujących, które zostały pomyślnie przetestowane na miejscu. Te osiągnięcia doprowadziły do ​​powstania kilku kluczowych technologii zapewniających bezpieczne i wydajne wiercenie oraz ukończenie odwiertów o bardzo dużej głębokości.

W systemie płuczki wiertniczej zastosowanym w tym projekcie, uwzględniono specyficzne warunki panujące w wysokich temperaturach i przy wysokim ciśnieniu, opracowując doskonałe reduktory strat płynu i inhibitory korozji, które utrzymują doskonałe właściwości reologiczne w wysokich temperaturach i są łatwe w regulacji i konserwacji. Dodatki kontrolujące zawartość gliny zwiększyły również zdolność odwadniania cząstek gliny w warunkach ultrawysokich temperatur, poprawiając adaptowalność i stabilność płuczki wiertniczej.

Obszar łupkowy Jimusar to pierwsza w Chinach krajowa demonstracyjna strefa wydobycia ropy łupkowej, położona we wschodniej części Basenu Junggar. Zajmuje ona powierzchnię 1278 kilometrów kwadratowych, a jej zasoby szacuje się na 1,112 miliarda ton. W 2018 roku rozpoczęto zakrojone na szeroką skalę prace rozwojowe nad ropą łupkową Jimusar. W pierwszym kwartale w Xinjiang Jimusar National Terrestrial Shale Oil Demonstration Zone wydobyto 315 000 ton ropy łupkowej, ustanawiając nowy rekord w historii. Strefa demonstracyjna przyspiesza działania mające na celu zwiększenie zasobów i produkcji ropy łupkowej, planując ukończenie 100 odwiertów wiertniczych i 110 odwiertów szczelinujących do 2024 roku.

Ropa łupkowa, czyli ropa przyczepiona do skały łupkowej lub w jej szczelinach, jest jednym z najtrudniejszych rodzajów ropy do wydobycia. Sinciang posiada bogate zasoby ropy łupkowej z szerokimi perspektywami eksploracji i zagospodarowania. Chiny uznały złoża ropy łupkowej za kluczowy obszar dla przyszłego zastąpienia ropy. Wu Chengmei, inżynier w Centrum Badań Geologicznych Obszaru Operacyjnego Pola Naftowego Jiqing w Sinciang, wyjaśnia, że ​​ropa łupkowa z Jimusar jest zazwyczaj zakopana na głębokości ponad 3800 metrów. Głębokie zakopanie i wyjątkowo niska przepuszczalność sprawiają, że wydobycie jest równie trudne, jak wydobycie ropy z osełki.

Wydobycie ropy łupkowej w Chinach napotyka na cztery główne wyzwania: po pierwsze, ropa jest stosunkowo ciężka, co utrudnia jej przepływ; po drugie, punkty spływu są małe i trudne do przewidzenia; po trzecie, wysoka zawartość iłu utrudnia szczelinowanie; po czwarte, rozkład jest nierównomierny, co komplikuje operacje. Czynniki te od dawna ograniczają wydajne wydobycie ropy łupkowej w Chinach na dużą skalę. W projekcie, do oczyszczania płynu zwrotnego po szczelinowaniu, stosuje się nowy dodatek, który redukuje zanieczyszczenie i umożliwia recykling płynu, przekształcając go z powrotem w płyn szczelinujący do ponownego użycia. Metodę tę przetestowano w dziewięciu odwiertach w 2023 roku z doskonałymi wynikami. Od czerwca 2024 roku projekt planuje wykorzystanie zrekonstruowanego płynu szczelinującego w operacji szczelinowania na dużą skalę.

Główna formacja w projekcie składa się z pokładów węgla oraz szarych i brunatnych sekcji mułowca, które są formacjami wrażliwymi na wodę. W bloku ropy łupkowej Jimusar, otwarta sekcja otworu drugiego odwiertu jest długa, a czas nasiąkania formacji jest wydłużony. W przypadku użycia płuczki wiertniczej na bazie wody prawdopodobne jest zapadanie się i niestabilność, ale płyny wiertnicze na bazie oleju nie powodują efektów hydratacji. Płyny wiertnicze na bazie emulsji oleju w wodzie, gdy są stabilne, również nie powodują efektów hydratacji, a zatem płyny wiertnicze na bazie oleju nie wytwarzają ciśnień pęcznienia hydratacyjnego. Badania doprowadziły do ​​przyjęcia systemu płuczki wiertniczej na bazie oleju, z następującymi zasadami i środkami zapobiegającymi zapadaniu się: 1. Inhibicja chemiczna: Kontrola stosunku ropy do wody powyżej 80:20 w celu zmniejszenia inwazji fazy wodnej do formacji, skutecznie zapobiegając pęcznieniu i zapadaniu się pokładów węgla i formacji wysoce wrażliwych na wodę. 2. Zatykanie fizyczne: Dodawanie z wyprzedzeniem środków obciążających, takich jak materiały wapienne, do słabych formacji, aby zwiększyć ich nośność i zapobiec wyciekom z odwiertu. 3. Podparcie mechaniczne: Kontrolowanie gęstości powyżej 1,52 g/cm³, stopniowo zwiększając gęstość do projektowej granicy 1,58 g/cm³ w części nośnej. Środki obciążające produkowane przez firmę Youzhu pozwalają osiągnąć pożądany efekt, zapewniając płynne i pomyślne zakończenie projektów wierceń i wykańczania odwiertów.