Technology for a better society
Transcription
Technology for a better society
Foto: Stockbyte/Getty Images Olje- og gassproduksjon i kaldt klima, 6-7 Januar 2015, Trondheim Brønnintegritet i Arktis – tekniske utfordringer Foto: Dagbladet.no Malin Torsæter, PhD Forsker – Boring & Brønn SINTEF Petroleum AS malin.torsater@sintef.no Technology for a better society 1 Å grave et hull i bakken – hvor vanskelig kan det være? Technology for a better society 2 Foto: Truthsimplified.com Technology for a better society 3 Utfordring 1: Borehullsstabilitet Trykk Kollaps innover Dybde Kollaps utover Poretrykk Slamvekt Fraktureringstrykk Selve boreprosessen kan skade steinen – og slik skade er vanskelig å overvåke Torsæter et al. (2014), Shale smearing at the borehole wall during drilling, Am. Rock Mech. Assoc., ARMA 14-7401 Technology for a better society 4 Utfordring 2: Brønndesign • Eks: Brønner konvertert til gassløft – – – • SINTEF-studie, norsk sokkel Brukt til annet enn planlagt Problemer oppstår etter ca. 2 år Brønner brukt til annet enn de er designet for: SINTEF-studie Gjennomsnittlig levetid for konverterte brønner Forstå kritiske designfaktorer: – – – Valg av materialer, rørdybder Lengde på sementkolonner Sentraliseringsløsninger Hva bringer fremtiden? • Økt utvinning? • CO2 injeksjon/lagring? Technology for a better society 5 Utfordring 3: Langtidsisolasjon Heft mellom casing og sement Porøsitet i bulk sement Ødelagt casing Sprekker i sementen Basert på: Celia et al., Quantitative Estimation of CO2 Leakage from Geological Storage, ICGGCT (2004) Heft mellom sement og stein Technology for a better society 6 Hva skal til for å sikre trygg og effektiv utnyttelse av Arktiske ressurser? Technology for a better society 7 Vi må forberede oss på at Arktis kan by på boring- og brønnrelaterte utfordringer Tøffe forhold topside Foto: offshoremoorings.org Kaldt i øverste del av brønnen Foto: UNODA Nær geografisk & magnetisk pol Kilde: presstv.ir Vanskelige undergrunnsforhold Foto: Mossavis.no Fjerne & sensitive områder Stadig forandring Kilde: statoil.no Foto: animal.discovery.com Torsæter & Vrålstad (2014), "Drilling and Well Challenges in the Arctic", Marine Technology Society Journal , Vol. 48, No. 5. Technology for a better society 8 Tøffe forhold topside påvirker boring&brønn • Korte operasjonelle vindu • • • • "Logistics is very challenging in the Arctic and equipment reliability is a concern" OG21, TTA3 side 103 Begrenset tilgang til brønnen • • • Raskere operasjoner Gjentatte start/stopp Risikabelt å basere seg på å shippe inn utstyr/fluider fra land Unngå hyppige reparasjoner Mer automatisering/subsea + = Brønnkontroll under boring • • I dag: 2 rigger nødvendig Potensielle løsninger: o Forlenge operasjonelle vindu o Alternativer til avlastningsbrønn Brønnkontroll var et tema som ble grundig diskutert på Arctic Technology Conference 2014 Technology for a better society 9 Brønnintegritetsproblemer korrelerer ofte med stramme budsjett og tidsskjema Technology for a better society 10 Vi må forberede oss på at Arktis kan by på boring- og brønnrelaterte utfordringer Tøffe forhold topside Foto: offshoremoorings.org Kaldt i øverste del av brønnen Foto: UNODA Nær geografisk & magnetisk pol Kilde: presstv.ir Vanskelige undergrunnsforhold Foto: Mossavis.no Fjerne & sensitive områder Stadig forandring Kilde: statoil.no Foto: animal.discovery.com Torsæter & Vrålstad (2014), "Drilling and Well Challenges in the Arctic", Marine Technology Society Journal , Vol. 48, No. 5. Technology for a better society 11 Posisjonsunøyaktighet under boring • Borehullets posisjon defineres ved dybde, helningsvinkel og asimutvinkel. • Magnetiske instrumenter: usikkerhet avhenger av horisontal komponent av geomagnetisk felt • Gyroskopiske instrumenter: usikkerhet avhenger av horisontal komponent av jordrotasjon • Viktig for å: – – – Unngå kollisjon med andre brønner & geologiske strukturer Planlegge/bore avlastningsbrønner Fastslå hvor stort et reservoar må være for å være utvinnbart J. Bang & T. Torkildsen (2011), "Wellbore AntiCollision Safety: Separation Distances Must Be Increased Due To Degraded Positioning Accuracy In Northern Areas", SPE 149699. Technology for a better society 12 Vi må forberede oss på at Arktis kan by på boring- og brønnrelaterte utfordringer Tøffe forhold topside Foto: offshoremoorings.org Kaldt i øverste del av brønnen Foto: UNODA Nær geografisk & magnetisk pol Kilde: presstv.ir Vanskelige undergrunnsforhold Foto: Mossavis.no Fjerne & sensitive områder Stadig forandring Kilde: statoil.no Foto: animal.discovery.com Torsæter & Vrålstad (2014), "Drilling and Well Challenges in the Arctic", Marine Technology Society Journal , Vol. 48, No. 5. Technology for a better society 13 Vanskelige undergrunnsforhold Permafrost Kilde: AAPG Gasshydrater G. Cherkashov, "Russian studies on subsea permafrost and gas hydrates in the Arctic", VNIIOkeangeologia, St. Petersburg Technology for a better society 14 Boring gjennom frosne formasjoner • Studie av forskjellige scenarier basert på input fra litteratur: • • • • • Ingen frosne formasjoner Bare permaforst Bare gasshydrater Både permafrost og gasshydrater Arctic Arctic sediments sediments (no (frost frost, &no hydrate) hydrate) Arctic sediments Typical well (no (frost, (default) frost, no hydrate) Uten å ta hensyn til tining er gasshydrater vanskelige å bore • I flere tilfeller er det ikke mulig å velge en sikker slamvekt. Torsæter & Cerasi (2015), Mud-weight control during Arctic drilling operations, OTC 25481 No mudweight mudweight window! window LessReduced than 50% probability of failure Technology for a better society 15 Tining gir tilleggsproblemer • Gassinflux i sement og dårlig heft Boring og komplettering: • • • • Forstørret borehull og gassinflux i slam Forstørret borehull Dårlig sementheft «Gasification» av slam/sement Produksjon: • • • • Trykkoppbygging i annuli (SCP) Subsidens i nærbrønnsområdet Horisontale/vertikale krefter Stadig forverring av isolasjon Gass under trykk kan ligge gjemt under frosne formasjoner Xie et al. (2011), SPE 149740. Ca. 20 m radial thaw after 10 years of production Technology for a better society 16 Mye lærdom å hente fra forrige “Arktiske bølge” Yakushev & Collett (1992), Gas hydrates in Arctic regions: Risk to drilling and production, IOPE Conf. Yamburg gas field (Western Siberia) Complex casing loads measured by Arco/Exxon in Prudhoe Bay, described by Løvø et al. (1990). Viktig i forhold til bruk av lukkede boredekk… Hvordan sikre langtidsintegritet i Arktiske brønner? Technology for a better society 17 Vi må forberede oss på at Arktis kan by på boring- og brønnrelaterte utfordringer Tøffe forhold topside Foto: offshoremoorings.org Kaldt i øverste del av brønnen Foto: UNODA Nær geografisk & magnetisk pol Kilde: presstv.ir Vanskelige undergrunnsforhold Foto: Mossavis.no Fjerne & sensitive områder Stadig forandring Kilde: statoil.no Foto: animal.discovery.com Torsæter & Vrålstad (2014), "Drilling and Well Challenges in the Arctic", Marine Technology Society Journal , Vol. 48, No. 5. Technology for a better society 18 Alltid kaldt i øverste del av brønnen Sør for Svalbard = Enklest IKU News 1988: Målinger av temperatur i grunne brønner sør for Svalbard Beauforthavet = Verst? Xie et al. (2011), "Methodology to Assess Thaw Subsidence Impacts on the Design and Integrity of Oil and Gas Wells in Arctic Regions", SPE 149740. Technology for a better society 19 Temperaturvariasjoner i brønner σH σR Variasjoner mellom 10°C og 90°C på casing Materialene har forskjellig termisk ekspansjonskoeffisient Albawi, De Andrade, Torsæter, Opedal, Stroisz & Vrålstad (2014), Experimental Set-Up for Testing Cement Sheath Integrity in Arctic Wells, OTC 24587. Technology for a better society 20 Porer mellom sement-casing Porer/sprekker i sement Porer mellom sement-stein Bonding percentage (%) Bonding percentage (%) 12mm Sentralisert prøve 8mm Etter 3 sykler Dårlig sentralisert prøve Før temp.var. Cycles Temperaturvariasjoner kan skade brønnen – særlig hvis casing er dårlig sentrert De Andrade et al. (2014), "Influence of Casing Centralization on Cement Sheath Integrity During Thermal Cycling", SPE 168012. Technology for a better society 21 Vi må forberede oss på at Arktis kan by på boring- og brønnrelaterte utfordringer Tøffe forhold topside Foto: offshoremoorings.org Kaldt i øverste del av brønnen Foto: UNODA Nær geografisk & magnetisk pol Kilde: presstv.ir Vanskelige undergrunnsforhold Foto: Mossavis.no Fjerne & sensitive områder Stadig forandring Kilde: statoil.no Foto: animal.discovery.com Torsæter & Vrålstad (2014), "Drilling and Well Challenges in the Arctic", Marine Technology Society Journal , Vol. 48, No. 5. Technology for a better society 22 Oppsummering: Brønnintegritet i Arktis • Korte operasjonelle vindu o Planlegging, FoU Sensitive områder Mørke, tøffe forhold topside • Boring/komplettering o Posisjonering o Undergrunnsforhold Isproblemer Permafrost • Produksjon o Voks og hydrater o Isolasjonsproblemer som følge av temp.variasjoner Gasshydrater Ukjent geologi Pågående landheving Kaldere brønner Posisjonsusikkerhet • Utslipp til omgivelsene o Borekaks, fluider o Produsert vann o Langtidsintegritet Fig: SINTEF/ M. Torsæter Technology for a better society 23 Takk for oppmerksomheten! Technology for a better society 24