กรณีศึกษาการประยุกต์ใช้สารเติมแต่งทางเคมีในอุตสาหกรรมน้ำมัน

ในปี 2022 ท่ามกลางผลกระทบจากการระบาดของโรคโควิด-19 ศูนย์บริหารจัดการการเจาะและผลิตน้ำมันในแหล่งน้ำมันตะวันตกเฉียงเหนือได้ดำเนินการโครงการต่างๆ เสร็จสิ้นไป 24 โครงการ ซึ่งรวมถึงอุปกรณ์ควบคุมบ่อน้ำมันและการทำความสะอาดท่ออุดตันน้ำมันหนัก ช่วยประหยัดค่าใช้จ่ายในการจัดซื้อได้ถึง 13.683 ล้านหยวน

ในระหว่างการใช้งานท่อส่งน้ำมัน เส้นผ่านศูนย์กลางของท่อจะแคบลงเรื่อยๆ เนื่องจากการสะสมของขี้ผึ้ง โพลิเมอร์ และเกลือ ทำให้การไหลของน้ำมันดิบลดลงและส่งผลกระทบต่อปริมาณการผลิตน้ำมันดิบ ดังนั้น บริษัทขุดเจาะจึงมักทำความสะอาดท่อปีละครั้ง หลังจากทำการซ่อมแซมรอยเชื่อมของข้อต่อท่อแล้ว จำเป็นต้องทำความสะอาดท่ออีกครั้ง

โดยทั่วไปแล้ว ท่อเหล็กที่ใช้เป็นท่อน้ำมันจะมีสนิมขึ้นทั้งด้านในและด้านนอก หากไม่ทำความสะอาด สนิมจะปนเปื้อนน้ำมันไฮดรอลิกหลังการใช้งาน ส่งผลต่อการทำงานปกติของอุปกรณ์ไฮดรอลิก ดังนั้นจึงจำเป็นต้องกำจัดสนิมที่ด้านในของท่อด้วยการล้างด้วยกรด การล้างด้วยกรดยังสามารถกำจัดสนิมที่ด้านนอกของท่อได้ ซึ่งเป็นประโยชน์สำหรับการทาสีกันสนิมที่ด้านนอกของท่อ ทำให้มีการป้องกันการกัดกร่อนที่ยาวนาน การล้างด้วยกรดโดยทั่วไปจะทำโดยใช้สารละลายกรดที่มีความเข้มข้น 0% ถึง 15% บริษัท Youzhu จัดจำหน่ายผลิตภัณฑ์ยับยั้งการกัดกร่อน UZ CI-180 ซึ่งเป็นสารยับยั้งการกัดกร่อนด้วยกรดที่ทนต่ออุณหภูมิสูงสำหรับใช้ในแหล่งน้ำมัน ในกระบวนการล้างด้วยกรดหรือการดอง กรดจะกัดกร่อนเหล็ก และที่อุณหภูมิสูง อัตราและขอบเขตของการกัดกร่อนจะเพิ่มขึ้นอย่างมาก ดังนั้น ในการผลิตน้ำมัน การป้องกันการกัดกร่อนของท่อที่อุณหภูมิสูงจึงมีความสำคัญอย่างยิ่ง ซึ่งไม่เพียงแต่เกี่ยวข้องกับผลประโยชน์ของการสำรวจและผลิตน้ำมันเท่านั้น แต่ยังเกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดกับความปลอดภัยในการผลิตด้วย ระดับการกัดกร่อนของกรดบนท่อและอุปกรณ์ขึ้นอยู่กับเวลาสัมผัส ความเข้มข้นของกรด และสภาวะอุณหภูมิ เป็นต้น UZ CI-180 มีความทนทานต่ออุณหภูมิสูงได้ดีเยี่ยม และที่อุณหภูมิสูงถึง 350°F (180°C) ผลกระทบจากการกัดกร่อนของกรดต่อเหล็กที่อุณหภูมิสูงบริเวณก้นบ่อสามารถลดลงได้อย่างมากโดยการเติม UZ CI-180 ลงในส่วนผสมของกรด บริษัท Youzhu ได้รับการยอมรับอย่างสูงจากศูนย์บริหารจัดการแหล่งน้ำมันภาคตะวันตกเฉียงเหนือสำหรับโครงการต่างๆ ในด้านการทำความสะอาดท่อ การพัฒนาสูตรน้ำมันหล่อลื่นสำหรับการเจาะ และการบำรุงรักษาอุปกรณ์

บ่อขุดเจาะน้ำมันเฟิงเย่ 1-10HF ตั้งอยู่บนถนนตงซาน ในเมืองตงหยิง เป็นบ่อขุดเจาะน้ำมันจากหินดินดานแนวนอนแห่งแรกที่ทำลายสถิติระยะเวลาการขุดเจาะ 20 วัน โดยแล้วเสร็จก่อนกำหนดถึง 24 วัน เป็นหนึ่งในสามพื้นที่สาธิตน้ำมันจากหินดินดานระดับชาติที่ได้รับการอนุมัติจากสำนักงานบริหารพลังงานแห่งชาติ และเป็นพื้นที่สาธิตน้ำมันจากหินดินดานในแอ่งรอยเลื่อนทวีปแห่งแรกของจีน การแล้วเสร็จก่อนกำหนด 24 วัน ช่วยประหยัดค่าใช้จ่ายได้กว่า 10 ล้านหยวน

เนื่องจากอยู่ใกล้กับบ่อขุดเจาะที่มีรอยแตกอยู่ห่างออกไปเพียง 400 เมตร และอยู่ใกล้กับแนวหินกรวด บ่อขุดเจาะ Fengye 1-10HF จึงมีความเสี่ยงต่อการแทรกซึมของน้ำ การล้น และการสูญเสียของเหลว นอกจากนี้ อุณหภูมิสูงที่ก้นบ่อยังเป็นอุปสรรคต่อเครื่องมือต่างๆ ทีมงานโครงการจึงมุ่งเน้นไปที่การสนับสนุนด้านเทคโนโลยีทางวิศวกรรมและการแก้ไขปัญหาทางเทคโนโลยีที่สำคัญ พวกเขาได้แก้ไขข้อจำกัดต่างๆ อย่างต่อเนื่อง เช่น ความยากลำบากในการคาดการณ์จุดที่มีศักยภาพสูงในด้านความไม่สม่ำเสมอของเนื้อหิน ข้อจำกัดของเครื่องมือภายใต้อุณหภูมิและความดันสูง และการสูญเสียและการไหลเข้าของของเหลวในการขุดเจาะที่เกิดขึ้นพร้อมกัน

พวกเขาได้พัฒนาและประยุกต์ใช้ระบบโคลนสังเคราะห์เพื่อปรับปรุงความลื่นไหล ในบรรดาสารเติมแต่งของเหลวสำหรับการเจาะในปัจจุบัน TF FL WH-1 Cement Fluid-loss Additives ที่พัฒนาโดย Youzhu สามารถสร้างฟิล์มคุณภาพสูงบนพื้นผิวของหลุมเจาะหินดินดาน ป้องกันไม่ให้ของเหลวที่ซึมผ่านเข้าไปในชั้นหิน TF FL WH-1 ได้รับการออกแบบมาเพื่อใช้ในหลุมเจาะที่มีอุณหภูมิการไหลเวียนที่ก้นหลุม (BHCT) อยู่ในช่วง 60℉ (15.6℃) ถึง 400℉ (204℃)

TF FL WH-1 ช่วยควบคุมการสูญเสียของเหลวตามมาตรฐาน API ได้ต่ำกว่า 36 ซีซี/30 นาที พร้อมทั้งควบคุมการเคลื่อนตัวของก๊าซจากชั้นหิน โดยทั่วไปแล้ว จะต้องใช้สารควบคุมการซึมผ่านของน้ำ (BWOC) ในปริมาณ 0.6% ถึง 2.0% ในสารละลายส่วนใหญ่ แต่โดยปกติจะใช้ในปริมาณน้อยกว่า 0.8% BWOC เพื่อปกป้องแหล่งกักเก็บและทำให้หลุมเจาะมีความเสถียร สารนี้ช่วยปิดรูพรุนและรอยแตกขนาดเล็กในหินดินดานได้อย่างมีประสิทธิภาพ ป้องกันไม่ให้ของเหลวจากการเจาะแทรกซึมเข้าไป และลดการส่งผ่านแรงดันในรูพรุน ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพในการยับยั้งการแทรกซึมของของเหลวในการเจาะอย่างมีนัยสำคัญ

ผลการทดสอบภาคสนามแสดงให้เห็นว่า น้ำมันหล่อลื่นสำหรับการเจาะประสิทธิภาพสูงชนิดน้ำ มีคุณสมบัติในการยับยั้งการแทรกซึมสูง เพิ่มความเร็วในการเจาะเชิงกล มีความเสถียรที่อุณหภูมิสูง ปกป้องแหล่งกักเก็บน้ำมัน และเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม

ในเดือนกุมภาพันธ์ 2022 บ่อบาจง 1HF ของบริษัทซิโนเป็ก ซึ่งตั้งอยู่ในแหล่งกักเก็บน้ำมันและก๊าซในชั้นหินทรายร่องน้ำยุคจูราสสิก ได้นำเสนอแนวคิดการออกแบบการแตกหินแบบใหม่ที่เรียกว่า "การบูรณาการการแตกหิน การดูดซับน้ำมัน และการปิดบ่อ" แนวทางนี้ได้รับการพัฒนาขึ้นเพื่อแก้ปัญหาลักษณะเฉพาะของแหล่งกักเก็บหินทรายร่องน้ำที่มีความหนาแน่นสูงและค่าสัมประสิทธิ์ความดันของชั้นหินที่สูง เทคโนโลยีการแตกหินที่ได้รับการปรับปรุงให้เหมาะสม ซึ่งประกอบด้วย "การตัดหินอย่างแน่นหนา + การอุดและการเบี่ยงเบนชั่วคราว + การเติมทรายความเข้มสูง + การเพิ่มประสิทธิภาพน้ำมันด้วยการดูดซับ" ช่วยเพิ่มความสามารถในการไหลของน้ำมันและก๊าซใต้ดินอย่างมีนัยสำคัญ และสร้างแบบจำลองการแตกหินแบบใหม่ ซึ่งเป็นแบบอย่างสำหรับการแตกหินขนาดใหญ่ในบ่อแนวนอน

สารเติมแต่งป้องกันการสูญเสียของเหลวที่อุณหภูมิสูง สารอุดรอยรั่วป้องกันการยุบตัวที่อุณหภูมิสูง และตัวควบคุมการไหลแบบอุณหภูมิสูงในของเหลวสำหรับการแตกหินของ Youzhuo ช่วยเอาชนะความท้าทายด้านแรงดันและการสูญเสียของเหลวที่เกิดจากแรงดันรูพรุนของชั้นหิน ความเครียดในหลุมเจาะ และความแข็งแรงของหิน เทคโนโลยีการอุดรอยรั่วด้วยเจลแบบพิเศษ ซึ่งพัฒนามาจากมหาวิทยาลัยปิโตรเลียมตะวันตกเฉียงใต้ ช่วยให้เจลพิเศษหยุดการไหลโดยอัตโนมัติหลังจากเข้าไปในชั้นที่เกิดการสูญเสีย เติมเต็มรอยแตกและช่องว่าง ก่อตัวเป็น "ปลั๊กเจล" ที่แยกของเหลวภายในชั้นหินออกจากของเหลวในหลุมเจาะ เทคโนโลยีนี้มีประสิทธิภาพสูงสำหรับการรั่วไหลอย่างรุนแรงในชั้นหินที่มีรอยแตก รูพรุน และแตกหัก ซึ่งมีการสูญเสียของเหลวอย่างมากและปริมาณการไหลกลับน้อย

เมื่อวันที่ 30 พฤษภาคม 2566 เวลา 11:46 น. บริษัทปิโตรเลียมแห่งชาติจีน (CNPC) ได้เริ่มขุดเจาะบ่อ Shendi Teke 1 ในแหล่งน้ำมันทาริม ซึ่งเป็นการเริ่มต้นการสำรวจทางธรณีวิทยาและวิศวกรรมศาสตร์ในระดับความลึกถึง 10,000 เมตร นับเป็นช่วงเวลาสำคัญทางประวัติศาสตร์สำหรับวิศวกรรมใต้ดินลึกของจีน แสดงให้เห็นถึงความก้าวหน้าครั้งสำคัญในเทคโนโลยีการสำรวจใต้ดินลึกของประเทศ และเป็นการเริ่มต้น "ยุค 10,000 เมตร" ในด้านศักยภาพการขุดเจาะ

บ่อ Shendi Teke 1 ตั้งอยู่ในอำเภอ Shaya จังหวัด Aksu มณฑล Xinjiang ใจกลางทะเลทราย Taklamakan เป็นโครงการขุดเจาะน้ำมันและก๊าซในระดับความลึกมากที่สำคัญของ CNPC ในแหล่งน้ำมัน Tarim ซึ่งอยู่ติดกับแหล่งน้ำมันและก๊าซลึกพิเศษ Fuman ที่มีความลึก 8,000 เมตร และปริมาณสำรองหนึ่งพันล้านตัน บ่อนี้มีความลึกตามการออกแบบ 11,100 เมตร และระยะเวลาการขุดเจาะและแล้วเสร็จตามแผน 457 วัน เมื่อวันที่ 4 มีนาคม 2024 ความลึกในการขุดเจาะของ Shendi Teke 1 เกิน 10,000 เมตร ทำให้เป็นบ่อแนวตั้งแห่งที่สองของโลกและแห่งแรกของเอเชียที่ทะลุความลึกนี้ได้ ความสำเร็จครั้งสำคัญนี้แสดงให้เห็นว่าจีนได้เอาชนะความท้าทายทางเทคนิคที่เกี่ยวข้องกับการขุดเจาะบ่อลึกพิเศษขนาดใหญ่เช่นนี้ได้ด้วยตนเอง

การเจาะที่ระดับความลึก 10,000 เมตร เป็นหนึ่งในสาขาที่ท้าทายที่สุดในเทคโนโลยีวิศวกรรมน้ำมันและก๊าซ โดยมีอุปสรรคทางเทคนิคมากมาย นอกจากนี้ยังเป็นตัวชี้วัดสำคัญของเทคโนโลยีวิศวกรรมและความสามารถด้านอุปกรณ์ของประเทศอีกด้วย การเผชิญกับสภาวะอุณหภูมิและความดันใต้ดินที่สูงมาก ทำให้เกิดความก้าวหน้าอย่างมากในด้านของเหลวสำหรับการเจาะที่อุณหภูมิสูง มอเตอร์ที่ทนต่ออุณหภูมิสูง และเทคโนโลยีการเจาะแบบกำหนดทิศทาง นอกจากนี้ยังมีการพัฒนาที่สำคัญในด้านอุปกรณ์เก็บตัวอย่างแกนและอุปกรณ์บันทึกข้อมูลด้วยสายเคเบิล รถบรรทุกสำหรับกระบวนการแตกหินแรงดันสูงพิเศษที่มีความจุ 175 MPa และอุปกรณ์ของเหลวสำหรับกระบวนการแตกหิน ซึ่งได้รับการทดสอบในสถานที่จริงแล้ว การพัฒนาเหล่านี้ได้นำไปสู่การสร้างเทคโนโลยีที่สำคัญหลายอย่างสำหรับการเจาะและการเสร็จสิ้นบ่อลึกพิเศษอย่างปลอดภัยและมีประสิทธิภาพ

ในระบบของเหลวสำหรับการเจาะที่ใช้ในโครงการนี้ ได้มีการแก้ไขปัญหาเฉพาะสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูงและความดันสูง ด้วยการพัฒนาสารลดการสูญเสียของเหลวและสารยับยั้งการกัดกร่อนที่มีประสิทธิภาพสูง ซึ่งยังคงรักษาคุณสมบัติทางรีโอโลยีที่ดีเยี่ยมภายใต้อุณหภูมิสูง และปรับแต่งและบำรุงรักษาได้ง่าย นอกจากนี้ สารเติมแต่งควบคุมดินเหนียวยังช่วยเพิ่มความสามารถในการระบายน้ำของอนุภาคดินเหนียวภายใต้สภาวะอุณหภูมิสูงมาก ทำให้ของเหลวสำหรับการเจาะมีความสามารถในการปรับตัวและเสถียรภาพที่ดีขึ้น

แหล่งน้ำมันหินดินดานจิมูซาร์เป็นเขตสาธิตน้ำมันหินดินดานบนบกแห่งชาติแห่งแรกของจีน ตั้งอยู่ในภาคตะวันออกของแอ่งจุงการ์ ครอบคลุมพื้นที่ 1,278 ตารางกิโลเมตร และมีปริมาณสำรองโดยประมาณ 1.112 พันล้านตัน ในปี 2018 การพัฒนาแหล่งน้ำมันหินดินดานจิมูซาร์ขนาดใหญ่ได้เริ่มต้นขึ้น ในไตรมาสแรก เขตสาธิตน้ำมันหินดินดานบนบกแห่งชาติซินเจียงจิมูซาร์ผลิตน้ำมันหินดินดานได้ 315,000 ตัน สร้างสถิติใหม่ทางประวัติศาสตร์ เขตสาธิตกำลังเร่งความพยายามในการเพิ่มปริมาณสำรองและการผลิตน้ำมันหินดินดาน โดยมีแผนที่จะเจาะบ่อ 100 บ่อและบ่ออัดฉีด 110 บ่อให้แล้วเสร็จภายในปี 2024

น้ำมันจากหินดินดาน ซึ่งเป็นน้ำมันที่เกาะติดอยู่กับหินดินดานหรือภายในรอยแตกของหินดินดานนั้น เป็นหนึ่งในประเภทของน้ำมันที่สกัดได้ยากที่สุด ซินเจียงมีทรัพยากรน้ำมันจากหินดินดานที่อุดมสมบูรณ์และมีศักยภาพสูงสำหรับการสำรวจและพัฒนา จีนได้ระบุว่าทรัพยากรน้ำมันจากหินดินดานเป็นพื้นที่สำคัญสำหรับการทดแทนน้ำมันในอนาคต อู๋ เฉิงเหมย วิศวกรผู้ช่วยประจำศูนย์วิจัยทางธรณีวิทยาของพื้นที่ปฏิบัติการแหล่งน้ำมันจี้ชิงในแหล่งน้ำมันซินเจียง อธิบายว่า น้ำมันจากหินดินดานจีมูซาร์โดยทั่วไปฝังตัวอยู่ใต้ดินลึกกว่า 3,800 เมตร การฝังตัวที่ลึกและสภาพการซึมผ่านที่ต่ำมาก ทำให้การสกัดเป็นเรื่องที่ท้าทายพอๆ กับการสกัดน้ำมันจากหินลับมีด

การพัฒนาแหล่งน้ำมันจากหินดินดานบนบกของจีนโดยทั่วไปเผชิญกับความท้าทายหลัก 4 ประการ ได้แก่ ประการแรก น้ำมันมีน้ำหนักมาก ทำให้ไหลได้ยาก ประการที่สอง แหล่งน้ำมันที่มีศักยภาพสูงมีขนาดเล็กและคาดการณ์ได้ยาก ประการที่สาม ปริมาณดินเหนียวสูงทำให้การอัดฉีดน้ำมันทำได้ยาก และประการที่สี่ การกระจายตัวไม่สม่ำเสมอ ทำให้การดำเนินงานซับซ้อน ปัจจัยเหล่านี้เป็นอุปสรรคต่อการพัฒนาแหล่งน้ำมันจากหินดินดานบนบกในขนาดใหญ่และมีประสิทธิภาพในจีนมาเป็นเวลานาน ในโครงการนี้ มีการใช้สารเติมแต่งชนิดใหม่ในการบำบัดของเหลวที่ไหลกลับจากการอัดฉีดน้ำมัน เพื่อลดมลพิษและนำของเหลวกลับมาใช้ใหม่ โดยเปลี่ยนกลับไปเป็นของเหลวสำหรับการอัดฉีดน้ำมันอีกครั้ง วิธีนี้ได้รับการทดสอบในบ่อขุดเจาะ 9 บ่อในปี 2023 และได้ผลลัพธ์ที่ยอดเยี่ยม ณ เดือนมิถุนายน 2024 โครงการวางแผนที่จะใช้ของเหลวสำหรับการอัดฉีดน้ำมันที่ได้รับการปรับปรุงใหม่นี้ในการดำเนินการอัดฉีดน้ำมันขนาดใหญ่

โครงสร้างหลักของโครงการประกอบด้วยชั้นถ่านหิน ชั้นหินโคลนสีเทาและสีน้ำตาล ซึ่งเป็นชั้นหินที่ไวต่อความชื้น ในแหล่งน้ำมันหินดินดานจิมูซาร์ ส่วนที่เป็นหลุมเปิดของบ่อที่สองมีความยาว และระยะเวลาการซึมผ่านของชั้นหินก็ยาวนาน หากใช้โคลนเจาะแบบน้ำ อาจเกิดการยุบตัวและความไม่เสถียรได้ แต่ของเหลวเจาะแบบน้ำมันไม่ก่อให้เกิดผลกระทบจากการไฮเดรชั่น ของเหลวเจาะแบบอิมัลชั่นน้ำมันในน้ำ เมื่อมีความเสถียรแล้วก็ไม่ก่อให้เกิดผลกระทบจากการไฮเดรชั่นเช่นกัน ดังนั้นของเหลวเจาะแบบน้ำมันจึงไม่สร้างแรงดันบวมจากการไฮเดรชั่น การวิจัยนำไปสู่การนำระบบโคลนเจาะแบบน้ำมันมาใช้ โดยมีหลักการและมาตรการป้องกันการยุบตัวดังต่อไปนี้: 1. การยับยั้งทางเคมี: ควบคุมอัตราส่วนน้ำมันต่อน้ำให้สูงกว่า 80:20 เพื่อลดการแทรกซึมของน้ำเข้าไปในชั้นหิน ป้องกันการบวมและการยุบตัวของชั้นถ่านหินและชั้นหินที่ไวต่อความชื้นสูงได้อย่างมีประสิทธิภาพ 2. การอุดทางกายภาพ: เติมสารเพิ่มน้ำหนัก เช่น วัสดุแคลเซียม ล่วงหน้าในชั้นหินที่อ่อนแอ เพื่อเพิ่มความสามารถในการรับแรงดันของชั้นหินและป้องกันการรั่วไหลของบ่อ 3. การเสริมแรงทางกล: ควบคุมความหนาแน่นให้อยู่เหนือ 1.52 กรัม/ซม³ และค่อยๆ เพิ่มความหนาแน่นจนถึงขีดจำกัดที่ออกแบบไว้ที่ 1.58 กรัม/ซม³ ในส่วนการเสริมแรง สารเพิ่มน้ำหนักที่ผลิตโดยบริษัท Youzhu สามารถบรรลุผลตามที่ต้องการ ทำให้มั่นใจได้ว่าโครงการขุดเจาะและแล้วเสร็จของบ่อจะเป็นไปอย่างราบรื่นและประสบความสำเร็จ