Piattaforma e involucri di perforazione

Tecnologia speciale di perforazione del pozzo di processo: una guida completa

Per affrontare condizioni geologiche complesse e requisiti di tipo speciale, forniamo professionisti Perforazione del pozzo di processo speciale Soluzioni, che coprono pozzi direzionali, pozzi orizzontali, pozzi estesi e pozzi multilaterali. Sfruttando strumenti avanzati, soluzioni personalizzate e tecnologie comprovate, aiutiamo i clienti a superare efficacemente le sfide di perforazione, migliorare l'efficienza operativa, mitigare i rischi e garantire un completamento sicuro ed efficiente dei pozzi.

I pozzi di processo speciali si riferiscono a tutti i pozzi non convenzionali (esclusi i pozzi verticali) nello sviluppo di giacimenti petroliferi. Questo termine specifico del settore include: pozzi direzionali, pozzi orizzontali, pozzi di defilazione, pozzi di portata estesa, pozzi multilaterali, ecc. Le tecnologie avanzate di controllo della perforazione per pozzi di processo speciali aiutano ad aumentare la produzione di pozzi singoli, migliorare i tassi di recupero economico e migliorare l'efficienza complessiva dello sviluppo dei giacimenti petroliferi.

Tecnologia di perforazione direzionale

Un pozzo direzionale è un termine di perforazione tecnica che si riferisce a un pozzo perforato lungo una traiettoria pre-progettata con inclinazione controllata e cambiamenti di azimut.

L'obiettivo principale della progettazione del pozzo direzionale è raggiungere lo scopo previsto della perforazione. Questo serve come base principale e principio fondamentale del design del pozzo direzionale. I progettisti devono ottimizzare il profilo del pozzo, il tipo di traiettoria, il programma dell'involucro, la selezione del fluido di perforazione e il metodo di completamento sulla base di obiettivi di perforazione specifici per garantire operazioni di perforazione sicure, efficienti e di alta qualità.

Le applicazioni includono la perforazione a grappolo su isole artificiali, la perforazione di pozzi direzionali da onshore a offshore, la perforazione della traiettoria controllata da faglie, la perforazione in aree in cui le condizioni della superficie (come montagne o edifici) limitano l'accesso, lo sfruttamento della trappola sotterranea, l'ingegneria dei pozzi di scarico direzionale, la correzione della deviazione o operazioni di sidetracking, pozzi bersaglio multilaterale, e sviluppo orizzontale del pozzo.

Directional well schematic diagram

I gruppi di corde di perforazione per pozzi direzionali sono generalmente classificati in base alla loro funzione in gruppi di angolo di tenuta, gruppi di angoli di caduta, gruppi di angoli di costruzione, gruppi di micro-edifici, strumenti di deflessione e sistemi di sterzo. Per ogni sezione del pozzo, è necessario selezionare le configurazioni BHA e i parametri di perforazione appropriati in base al profilo del pozzo pianificato. Ciò garantisce che il foro praticato segua la traiettoria progettata –, il principio fondamentale del controllo del percorso del pozzo direzionale. Quando si progetta un BHA del pozzo direzionale, è necessario osservare il principio di compatibilità della rigidità; cioè, la rigidità dell'intera corda di perforazione dovrebbe gradualmente diminuire e non aumentare, per evitare l'incompatibilità della rigidità che potrebbe impedire il funzionamento della corda di perforazione.

Schematic diagram of directional deflection bottom hole assembly
Tecnologia di perforazione del pozzo a grappolo

I pozzetti a grappolo si riferiscono a più pozzi (che vanno da diversi a oltre un centinaio) perforati da un unico pozzo o piattaforma. Mentre le teste dei pozzi della superficie sono distanziate di pochi metri, ogni pozzo si estende in diverse direzioni sotterranee.

La perforazione a grappolo è tipicamente impiegata a causa di vincoli di superficie (come risorse di terra limitate o condizioni di superficie difficili), fattori regionali (come aree estremamente fredde, ghiacciate o piane di marea) e considerazioni economiche (poiché offre maggiori vantaggi tecnici ed economici rispetto alla perforazione a pozzo singolo). La perforazione del pozzo a grappolo può ridurre i costi associati al trasferimento delle attrezzature, alla costruzione di strade, all'installazione di condutture e alla configurazione di comunicazione. Semplifica anche il processo di estrazione di petrolio e gas e aiuta a proteggere l'ambiente. A causa di questi vantaggi, i pozzi a grappolo sono ampiamente utilizzati nelle piattaforme di perforazione offshore, nelle isole artificiali in acque poco profonde, nelle piane di marea e nello sviluppo di giacimenti di petrolio pesante e ad alto punto di scorrimento.

Cluster well schematic diagram

Fasi di costruzione chiave per i pozzi a grappolo: a causa della piccola spaziatura della testa del pozzo a grappolo nella perforazione del pozzo a grappolo, la sezione verticale prima del calcio d'inizio (tipicamente 500–1200 m) richiede una qualità di perforazione di precisione eccezionalmente elevata. Per garantire la qualità della sezione verticale, un passo tecnico critico è l'evitamento delle collisioni. Il metodo anticollisione comunemente utilizzato prevede l'utilizzo della tecnologia di visualizzazione per tracciare e monitorare la traiettoria del pozzo. La visualizzazione sfrutta i display del computer per osservare intuitivamente la configurazione spaziale della traiettoria del pozzo da varie prospettive tridimensionali. Questa tecnologia è stata ampiamente adottata nell'esplorazione e nello sviluppo del petrolio. Offre un valore sostanziale nell'anticollisione per pozzi adiacenti, pozzi di rilievo e pozzi direzionali, nonché nel monitoraggio e controllo dell'ingresso del bersaglio e della traiettoria del pozzo e nella valutazione della qualità delle traiettorie di perforazione effettive. Allo stato attuale, i metodi più comunemente utilizzati includono la scansione della distanza orizzontale, la scansione della distanza minima e la scansione della distanza normale.

Tecnologia di perforazione del pozzo orizzontale

Un pozzo orizzontale è un tipo di pozzo specializzato con inclinazione massima che raggiunge o si avvicina a 90° (generalmente non meno di 86°), mantenendo una sezione laterale designata all'interno della formazione del bersaglio.

I pozzi orizzontali dimostrano un'ampia applicabilità tra i tipi di serbatoi, con caratteristiche "meno pozzi con una produzione più elevata". Sono principalmente distribuiti in serbatoi geologicamente confermati per migliorare la produttività in serbatoi a bassa permeabilità, ridurre la conatura dell'acqua dalle falde acquifere di bordo/superiore/inferiore, ritardare lo sfondamento dell'acqua e controllare il taglio dell'acqua e massimizzare la penetrazione attraverso reti di fratture verticali in serbatoi eterogenei. Inoltre, possono accedere a più zone contenenti idrocarburi in serbatoi multistrato e migliorare i tassi di recupero finali.

Horizontal well schematic diagram

La progettazione e l'implementazione di pozzi orizzontali devono soddisfare i requisiti di esplorazione, sviluppo e produzione di petrolio, con l'obiettivo di migliorare l'efficienza complessiva delle operazioni di esplorazione e sviluppo. Attualmente, i metodi di perforazione sono classificati principalmente dagli strumenti di sterzo in foratura a scorrimento e foratura a sterzo rotante. Sulla base dell'approccio di guida, possono essere classificati come perforazione geometrica dello sterzo e perforazione del geostering.

La selezione di un appropriato gruppo di fori inferiori (BHA) è fondamentale per il controllo preciso della traiettoria nella perforazione orizzontale del pozzo. La corretta selezione e utilizzo del BHA non solo migliora l'accuratezza del controllo della traiettoria e la velocità di perforazione, ma aiuta anche a raggiungere un pozzo liscio con curvatura uniforme e gravità del dogleg minima.

Per le sezioni ad alto angolo e orizzontali, si consiglia una configurazione BHA invertita, posizionando i collari di perforazione e il tubo di perforazione pesante nelle sezioni a basso angolo o verticali per applicare il peso sulla punta, prevenendo l'instabilità del tubo di perforazione regolare durante la perforazione. La lunghezza del tubo di perforazione inclinato deve essere uguale o maggiore della lunghezza totale del pozzo al di sotto dell'inclinazione 45° e della sezione perforata pianificata.

Per gestire meglio condizioni di fondo pozzo complesse e potenziali incidenti ad intervalli ad alto angolo e orizzontali, un barattolo di perforazione può essere posizionato in una posizione di fondo fondo appropriato.

Surface-deployed drilling jar

La selezione della punta del trapano deve essere basata sul tipo di formazione e la punta del trapano selezionata dovrebbe avere buone prestazioni di mantenimento del calibro. Se viene selezionata una punta a cono a rullo, dovrebbe avere caratteristiche e prestazioni adatte a velocità di rotazione elevate per abbinare la perforazione del motore a fondo foro. Quando gli inserti in lega dura sono saldati su una punta a cono a rullo, oltre a prevenire l'usura del diametro esterno, dovrebbe essere considerato anche il loro effetto sulla riduzione dell'anisotropia della punta del trapano. L'accorciamento della lunghezza del calibro di una punta del trapano PDC migliora la sterzabilità, mentre l'aumento della lunghezza del calibro aiuta a mantenere l'inclinazione del pozzo. Durante la perforazione rotatoria in angolo di tenuta o sezioni orizzontali, mentre la gamma di selezione della punta del trapano è relativamente ampia, la capacità di controllo direzionale deve essere attentamente considerata.

PDC drill bit on a white background
Extended Reach Wells (ERD)

Un pozzo di portata esteso si riferisce generalmente a un pozzo direzionale in cui il rapporto tra spostamento orizzontale e profondità verticale è uguale o maggiore di 2. Alcune definizioni considerano anche il rapporto tra profondità misurata e profondità verticale.

I pozzetti estesi sono caratterizzati da lunghi spostamenti orizzontali e sezioni tangenti estese con angoli di inclinazione elevati. Questa caratteristica accentua gli effetti gravitazionali, portando a due sfide significative nella perforazione ERW: maggiore difficoltà e carico di lavoro nella misurazione e controllo della traiettoria del pozzo e attrito e coppia elevati tra la corda di perforazione del pozzo e la parete del pozzo. Una traiettoria del pozzo ben progettata è uno dei fattori chiave per il successo dei pozzi di portata estesa. Ha un impatto diretto sulle capacità delle apparecchiature di perforazione, sul controllo del pozzo, sulla pulizia del pozzo, sulla perforazione sicura, sul funzionamento dell'involucro e sulle operazioni di fondo pozzo.

Extended reach well schematic diagram
Selezione dell'attrezzatura di perforazione:
Sistema di azionamento

La perforazione di pozzi di portata estesa impone richieste più elevate al sistema di azionamento. Considerando sia l'efficienza della perforazione che la sicurezza del fondo pozzo, è essenziale un sistema di azionamento superiore. La coppia di uscita dell'azionamento superiore deve corrispondere alla resistenza torsionale della filettatura del tubo di perforazione più piccola utilizzata, in genere fornendo 61–81 kN· m di coppia. Per i pozzi di portata ultra estesi, la capacità di coppia dell'azionamento superiore diventa ancora più critica a causa delle maggiori sfide di coppia nelle sezioni lunghe e ad alto angolo.

Sistema di circolazione

Per soddisfare i requisiti idraulici e garantire un'efficace pulizia dei fori, il sistema di circolazione dell'impianto di perforazione deve essere in grado di soddisfare le richieste di perforazione. Ciò può comportare l'aumento del numero di pompe di fango a tre o più, aumentando la potenza nominale da 1600 kW a 2000 kW o 2200 kW e aumentando la pressione nominale sia delle pompe di fango che del sistema del fluido di perforazione superficiale da 35 MPa a 42 MPa o 52 MPa.

Sistema di sollevamento

A causa dei carichi di sollevamento pesanti nei pozzi di portata estesa, è necessario un sistema di sollevamento ad alta capacità. Un potente sistema di sollevamento non solo garantisce un regolare intervento delle corde di perforazione, ma migliora anche l'efficienza di intervento e migliora la capacità di gestire le complicazioni del fondo foro. Attualmente sono disponibili drawworks a ingranaggi con potenze di 4000–5000 CV (2942–3678 kW).

Tecnologia di perforazione a pozzo multilaterale

Un pozzo multilaterale si riferisce a un pozzo in cui due o più pozzi vengono perforati da un unico pozzo principale nel serbatoio, con ciascun pozzo completato separatamente. La tecnologia multilaterale di perforazione di pozzi è considerata un metodo efficace per migliorare il recupero dei giacimenti petroliferi rimanenti, aumentare ulteriormente la produzione di pozzi singoli e migliorare l'efficienza economica dello sviluppo del campo.

L'applicazione di pozzi multilaterali è ampia, adatta non solo per depistare e rivitalizzare vecchi pozzi, ma anche per lo sviluppo di nuovi pozzi, e può essere applicata a vari tipi di serbatoi.

Sviluppati da tecnologie di perforazione direzionali e orizzontali, i pozzi multilaterali presentano sfide e rischi operativi significativamente più elevati rispetto ai pozzi direzionali o orizzontali convenzionali. La differenza principale sta nella complessità della struttura del pozzo, poiché i pozzi multilaterali presentano più giunzioni in cui i pozzi di diramazione si collegano al pozzo principale.

Multilateral well schematic diagram
Tecnologia di perforazione del pozzo con tracciamento laterale

Originariamente un processo ausiliario nella tecnologia di perforazione, il sidetracking è stato a lungo impiegato nelle operazioni di perforazione. L'applicazione della tecnologia di sidetracking – che trasforma i vecchi pozzi in nuovi e ulteriormente in tipi di pozzi complessi come pozzi orizzontali distratti e pozzi multilaterali per l'ottimizzazione del modello di pozzo, il miglioramento delle riserve e l'aumento della produzione – è emersa durante le fasi medio-tardive di sviluppo del giacimento petrolifero, guidato dalla necessità di riparare e modificare numerosi pozzi di invecchiamento. Le operazioni di sidetracking includono il controllo della traiettoria del pozzo distratto e il taglio delle finestre dell'involucro.

Sidetracking well schematic diagram

Nella sezione di kickoff direzionale, è necessario utilizzare la misurazione durante la perforazione (MWD) per il monitoraggio della traiettoria. Durante la perforazione rotativa, le indagini multi-shot vengono generalmente utilizzate per la misurazione della traiettoria. Se l'inclinazione supera 3° nella sezione direzionale, gli strumenti MWD possono essere applicati direttamente per la perforazione di orientamento "lato alto della faccia dell'utensile". Se l'inclinazione è inferiore a 3°, MWD non può essere utilizzato immediatamente; invece, è necessaria la perforazione 20–30 m oltre l'interferenza magnetica prima di passare agli strumenti di sterzo wirline.

La fase più critica nella perforazione laterale è il taglio della finestra dell'involucro, che si ottiene attraverso due metodi primari:

Schematic diagram of Whipstock Window cutting
Taglio della finestra Whipstock

Questo metodo prevede l'installazione di un whipstock alla profondità e all'orientamento predeterminati all'interno dell'involucro esistente. Il whipstock devia la punta del trapano per fresare attraverso la parete dell'involucro, creando una finestra di uscita per le operazioni di defilamento. Questa tecnica mantiene l'integrità dell'involucro originale senza recidere la corda tubolare.

Schematic diagram of casing section milling
Fresatura della sezione del rivestimento

Questo processo rimuove completamente un segmento di involucro specificato alla profondità target, esponendo la formazione per stabilire una finestra di depistaggio. Questo crea una finestra che consente di distrarre il pozzo verso l'esterno dal pozzo originale.

Tecnologia di alesatura per estendere la vita di produzione dei pozzi sviati: sebbene i pozzi sviati siano convenienti e forniscano risultati rapidi, la loro durata di produzione è relativamente breve. Ciò è particolarmente evidente nei pozzi distratti a recupero termico, alcuni dei quali hanno una durata di produzione inferiore alla metà di quella dei pozzi appena perforati, o addirittura inferiore. Migliorare la durata della produzione dei pozzi sviati è un aspetto critico dell'applicazione della tecnologia di sviamento. I fattori primari che influenzano la vita di produzione dei pozzi sviati includono la clearance anulare limitata, l'involucro non centralizzato e la scarsa qualità della cementazione. L'approccio principale per affrontare la limitata clearance anulare è l'applicazione della tecnologia di alesatura. I comuni strumenti di alesatura includono punte di trapano a doppia alesatura centrale, strumenti di alesatura eccentrica, strumento di alesatura del rullo idraulico e alesatori PDC ad azionamento idraulico con posizionamento meccanico.

Double center reaming drill bit on a white background

Doppia punta di alesatura centrale

Eccentric reaming tool on a black background

Strumento di alesatura eccentrico

Hydraulic roller reaming tool on a white background

Strumento di alesatura idraulica del rullo

PDC type hole expansion tool on a white background

Strumento di espansione del foro di tipo PDC

Strumenti specializzati

Gli strumenti specializzati per applicazioni di pozzi complessi includono sottomarini direzionali, collari di perforazione non magnetici, stabilizzatori di diametro variabile, ecc.

Cross-sectional view of a bent directional sub on a white background
Sub direzionale

Il sub direzionale è uno strumento di fondo pozzo specializzato utilizzato nella perforazione direzionale per la deviazione del pozzo e la correzione dell'azimut. Due tipi primari includono sub direzionali diritte e sottomarini direzionali piegati.

Non-magnetic drill collar on a white background
Collare per trapano non magnetico

Il collare di trapano non magnetico fornisce un ambiente di misurazione per gli strumenti di rilevamento magnetico che non è influenzato dai campi magnetici. Dovrebbe essere posizionato vicino alla punta del trapano o vicino al gruppo di perforazione del foro inferiore.

Variable diameter stabilizer on a white background
Stabilizzatore di diametro variabile

Lo stabilizzatore a diametro variabile regola il suo diametro esterno attraverso metodi di controllo specifici, modificando così le caratteristiche meccaniche del gruppo foro inferiore (BHA) e consentendo la regolazione dell'angolo di deviazione del pozzo senza scattare.