Die Lektion Drilling Fundamentals besteht aus folgenden Themen:

• Lernziele
• Unterrichtsthemen
• Bohren: Wo, was und wie
• Geologie
• Gesteine
• Tektonische Platten
• Stauseen
• Formationen
• Spannungen
• Feindliche Umgebungen
• Vertikale Gesamttiefe (TVD)
• Horizontale Brunnen
• Abweichende Brunnen
• Richtbohrungen
• Multilaterale Brunnen
• Bedeutung von Oilfield Services
• Vertragsbohrungen
• Landbohrunternehmen
• Offshore-Bohrunternehmen

Es ist hilfreich, sowohl die Bohr- als auch die Produktionsthemen in vier grundlegende Themen zu unterteilen, die sich auf die Schlüsselfaktoren beziehen, die den Betrieb antreiben komplexität, einschließlich:

• Kohlenwasserstofftyp, ob Öl oder Gas,
• Reservoirtyp, ob konventionell oder unkonventionell,
• Standort, ob onshore oder offshore, in abgelegenen oder rauen Klimaumgebungen und
• Schließlich die Ausrüstung. Zum Bohren umfasst dies die Art der Bohranlage und der unterirdischen Ausrüstung.

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Bohren – Wo, was und wie

Der eigentliche Prozess des Bohrens eines Brunnens ist verwenden einer Bohrmaschine zur Ausführung einer Werkstattaufgabe.

• Vor dem Bohren werden Messungen durchgeführt, um zu zeigen, wo gebohrt werden muss.
• Das Material, die Größe des Lochs und die Bohrtiefe bestimmen den richtigen Bohrertyp
• Es wird auch bestimmt, wie groß der Bohrmotor sein muss, um den Bohrer in einer Drehbewegung anzutreiben.

Das Konzept des gesamten Bohrprozesses ist relativ einfach. Tief unter der Erdoberfläche befindet sich ein potenzielles Reservoir. Um Zugang zu erhalten und Öl oder Gas zu fördern, muss ein Loch durch die verschiedenen Gesteine, Materialien und Schichten gebohrt werden, um es zu erreichen.

Bei Öl- und Gasbohrungen ist das „Wie“ des Bohrlochs das Thema dieses Moduls und oft das letzte zu berücksichtigende Element. Zunächst muss das Team definieren:

• Wo gebohrt werden soll – basierend auf den Explorations- und Bewertungsarbeiten, der Geologie und der potenziellen unterirdischen Struktur
• Was – bestimmt durch das Reservoir und die Schichten, die das Bohrlochprofil festlegen, sowohl die Tiefe als auch die Lochgröße

Nachdem der Bohringenieur das oben genannte definiert hat, kann er das „Wie“ entwickeln, einschließlich:

• Das optimale Bohrgerät
• Eine detaillierte Bohrlochplanung und -konstruktion
• Erforderliche Betriebssicherheit und Notfallplanung
• Die wichtigen „Go“ – und „No-Go“ -Entscheidungspunkte im Betrieb

Geologie

Geologie ist die Untersuchung der festen Materie, aus der die Erde besteht. Dies betrifft alle unterirdischen Formationen:

• Boden und Gestein
• die verschiedenen Schichten der Erdkruste
• der Kern

Geologen spielen eine große Rolle bei Bohrungen. Ihre Explorationsstudien bestimmen, wo Öl und Gas gefunden werden könnten und welche Art von Bohrloch am besten verwendet wird, um es zu erreichen.

In den frühen Tagen des Bohrens war das Stanzen von Löchern in die Erde mit der Hoffnung, groß zu schlagen, im Grunde eine Hit-and-Miss-Perspektive.Heute hat die Technologie einen langen Weg zurückgelegt, um zu bestimmen, wo gebohrt werden muss, wie tief gebohrt werden muss und welche Art von Ausrüstung benötigt wird, um das Öl und Gas zu fördern, was zu globalen Explorationsbohrlöchern im Bereich von 60-70% führt.

Gesteine

Der Brunnenbohrprozess muss durch verschiedene Gesteinsarten in der Erde gelangen. Gesteine bestehen aus mineralischen oder organischen Stoffen und liegen in unterirdischen Schichten oder Schichten auf der ganzen Welt.Gesteine können ein einzelnes Mineral wie Steinsalz und bestimmte Kalksteine oder viele Mineralien wie Granit (Quarz, Feldspat, Glimmer und andere Mineralien) enthalten.Das Bohren trifft auf drei grundlegende Gesteinsarten mit jeweils unterschiedlichen Eigenschaften, die einen anderen Bohrer, eine andere Bohrgeschwindigkeit und einen anderen Bohrerdruck erfordern, um am effizientesten und sichersten gebohrt zu werden. Sie sind:

• Magmatisches Gestein – Diese Art von Gestein ist sehr hart (wie Granit) und war einst geschmolzenes Gestein, das abgekühlt und verfestigt wurde.
• Sedimentgestein – Diese Art von Gestein kommt in kleineren Fragmenten vor und wird von Wind oder Wasser getragen, bis es sich absetzt. Diese Art von Gestein ist etwas einfacher zu bohren. Beispiele sind Sandstein und Kalkstein.
• Metamorphes Gestein – Ist das Ergebnis eines bestehenden Gesteins, das extremen Drücken und Temperaturen ausgesetzt ist und es so in metamorphes Gestein verwandelt. Beispiele für diese Art von Gestein sind Schiefer und Marmor.

Die häufigsten Gesteine (Sedimentgesteine) setzen sich zunächst in horizontalen Schichten ab, die als Schichten bezeichnet werden.Sie werden dann oft durch Bewegungen der Erdkruste verformt.

Tektonische Platten

Die größten Bewegungen, die die Gesteinsschichten beeinflussen, hängen mit der Kontinentalverschiebung zusammen, der sogenannten Plattentektonik.

Die äußere Schicht der Erdkruste besteht aus sieben tektonischen Platten, die auf dem geschmolzenen Erdkern schwimmen. Diese Platten ändern ständig ihre Position, bekannt als Kontinentaldrift.

Die sich bewegenden tektonischen Platten haben drei Arten von Grenzen: konvergente oder Kollisionsgrenzen, divergierende oder sich ausbreitende Grenzen und transformierende Grenzen. Erdbeben, vulkanische Aktivität, Gebirgsbildung und ozeanische Grabenbildung treten alle entlang der Plattengrenzen auf.

Tektonische Platten und ihre Bewegung können den Bohrprozess stark beeinflussen, wenn sich ein Bohrloch in der Nähe der Kollisionsgrenzen der Platte befindet, zum Beispiel die Tausenden von Bohrlöchern in Kalifornien, viele in der Nähe der San-Andreas-Verwerfung.

Die Verschiebeplatten können die Zusammensetzung der unterirdischen Schichten schnell verändern, was zu Schäden an Bohrgeräten und fehlerhaften Reservoirmesswerten führt.

Reservoirs

Reservoirs gibt es in verschiedenen Formen und Größen. Die häufigsten konventionellen Reservoirs in den frühen Tagen der Industrie waren Sandsteine.

Heute enthalten Karbonatreservoirs mehr als 60% des weltweit verbleibenden Öls. Karbonatformationen sind komplex, heterogen, mit unregelmäßigen Fließwegen und Zirkulationsfallen.

Die meisten Ölfeld-Dienstleistungsunternehmen konzentrieren sich auf die Entwicklung modernster Technologien zur effizienten Nutzung komplexer Lagerstättenumgebungen.

Formationen

„Formationen“ ist ein verallgemeinerter Begriff für das Gestein, das ein Reservoir umgibt, das durchbohrt werden muss, um die ultimative Auszahlungszone zu erreichen.

Die Formationsbewertung bezieht sich auf das Gesteinsvolumen, das durch Messungen im Bohrloch analysiert wird, normalerweise durch Bohrlochprotokoll oder einen Bohrlochtest. Die Formationsbewertung hilft bei der Schätzung des Produktionspotenzials des Bohrlochs und bei der Auswahl einer Bohrlochvervollständigungsmethode.

Die Auswertung der Formation erfolgt durch den Geologen. Durch das Sammeln von Druckdaten und Flüssigkeitsproben aus einer Formation können Geologen und Chemieingenieure auch die beste chemische Formel für die Bohrspülungen bestimmen, die benötigt werden, um den Bohrlochdruck zu kontrollieren und die Späne an die Oberfläche zu treiben.

Spannungen

Gesteine, die tief in der Erde vergraben sind, sind nicht statisch, sondern unterliegen ständig wechselnden Bedingungen. Gesteinsschichten üben einen enormen vertikalen Druck auf das Bohrloch und das Bohrloch aus. Seitlich liegende Steine üben horizontale Kräfte auf das Bohrloch aus.

Das endgültige Kappengestein unter der Oberfläche ist oft kompakter und deutlich schwieriger zu durchbohren. Es ist wichtig, diese Belastungen zu verstehen, wenn Sie versuchen, den besten Weg zu bestimmen, um zu einer Pay-Zone zu bohren.

Feindliche Umgebungen

Bohrlöcher sind heute mehr als 6.000 m (20.000 Fuß) tief. Bei diesen Bohrlochtiefen können die Temperaturen auf dem Bohrer 450 Grad Fahrenheit und der Druck 15.000 psi überschreiten. Das Vorhandensein von sauren Gasen (H2S, CO2) und Chloriden macht das Bohren zu einer technischen Herausforderung.

Es ist wichtig zu wissen, ob beim Bohren feindliche Bohrlochbedingungen vorliegen, damit die richtigen Bohrlochkomponenten ausgewählt werden können.

Zum Schutz des Bohranlagenpersonals müssen ebenfalls Sicherheitsmaßnahmen getroffen werden.

Zwei Verticle Tiefe (TVD)

Zwei wichtige dimensionen sind wichtig in gut design:

• Die geplante ende der gut, gemessen durch die länge der bohrer rohr erforderlich zu erreichen die pay-zone, ist als die gemessene tiefe (MD).
• Die gesamte vertikale Tiefe (TVD) ist unabhängig von den Abweichungen und dem Pfad, der verwendet wird, um zur Bezahlzone zu gelangen.

Alle Rig-Systeme und -Geräte müssen für die gemessene Tiefe (MD) ausgelegt und eingerichtet sein. In erster Linie muss das richtige Rig ausgewählt werden. Der Schlüsselfaktor, der die Rig-Auswahl antreibt, ist die Fähigkeit, den Bohrstrang zu drehen – gemessen in Pferdestärke.

TVD ist wichtig, weil es dem Bohringenieur eine Vorstellung von den Drücken und Temperaturen gibt, die den Bohrstrang und den Bohrer beeinflussen.

Horizontale Bohrungen

Trotz der Tatsache, dass die meisten Öl- und Gasvorkommen breiter als dick sind, blieb das vertikale Bohren mehr als ein Jahrhundert lang die bevorzugte Methode. Ein horizontales Bohrloch ist teurer, aber in der Lage, unterirdische Ziele zu erreichen, die mit einem vertikalen Bohrloch nicht leicht erreicht werden könnten.Da horizontale Brunnen eine größere Fläche entwässern können, werden weniger benötigt, was weniger Oberflächeninfrastruktur bedeutet. Dieser verringerte Abdruck macht horizontales Bohren ideal für Reservoirs, die flach, ausgebreitet, gebrochen oder in empfindlichen Umgebungen sind.Diese Faktoren und technologische Fortschritte, die horizontale Bohrungen kommerziell rentabel gemacht haben, haben in den letzten zwei Jahrzehnten zu einem 20-fachen Anstieg der Anzahl horizontaler Bohrungen in den USA geführt.

Bei einem vertikalen Bohrloch besteht die Aufgabe eines Geologen in erster Linie darin, „zu bewerten, was gebohrt wurde.“ Mit horizontalen Bohrlöchern werden Geologen jetzt Teil des Bohrvorgangs, aktiv an der Steuerung des Bohrlochs entlang eines gewünschten Profils beteiligt und reagieren auf Rückkopplungsdaten, während die Bohrungen stattfinden.

Abweichende Bohrlöcher

Abweichung ist der Winkel, in dem ein Bohrloch von der vertikalen Position von 90° abweicht.

Die meisten Abweichungen treten auf natürliche Weise aufgrund der Flexibilität des Bohrstrangs und der Reaktion auf Bohrlochstrukturen auf, wie z. B. Einbrüche in die zu durchbohrenden Gesteinsbetten.

Ein Bohrloch kann absichtlich abgelenkt werden, um risikoreiche Hindernisse zu übersehen oder zusätzliche Reservoirs zu erreichen. Brunnen werden auch abgelenkt, um unterirdische Bereiche zu vermeiden, die hohe Konzentrationen von giftigem Gas enthalten können.

Heutzutage werden Bohrlöcher üblicherweise in eine horizontale Richtung gedreht, um:

• die Exposition gegenüber produzierenden Zonen zu erhöhen
• eine größere Anzahl von Brüchen zu schneiden
• einer komplexen Struktur zu folgen

Bohrlöcher werden häufig durch die Verwendung eines am Bohrstrang befestigten Lenkmechanismus abgelenkt.

Richtungsbohren

Richtungsbohren ist die absichtliche Abweichung eines Bohrlochs von dem Weg, den es natürlich einschlagen würde.

Dies wird durch die Verwendung von speziellen Bohrausrüstungen wie Whipstocks, Schlammmotoren und Bottomhole Assembly (BHA) -Konfigurationen erreicht.

Bohrlochinstrumente messen kontinuierlich den Weg des Bohrlochs in drei Dimensionen. Datenverbindungen zur Oberfläche kommunizieren diese Messungen, um eine konstante Anpassung an die Schlammmotoren und BHA-Komponenten zu ermöglichen.

Der Richtungsbohrer kann auch andere Bohrparameter wie das Gewicht des Bohrers und die Drehtischgeschwindigkeit ändern, um den Bohrer auf den gewünschten Richtungspfad zu lenken.

Multilaterale Bohrungen

Eine Verringerung des Footprints ergibt sich auch aus mehreren horizontalen Bohrungen, die vom selben Pad aus gebohrt werden. Die allgemeinste Methode ist, in der ein Bohrer die Anlage einige Meter bewegt und eine andere vertikale Welle beginnt.

Es ist auch möglich, mehrere Bohrlöcher aus demselben vertikalen Bohrloch zu bohren. Bei dieser Technik, die als multilaterales Bohren bezeichnet wird, können zwei oder drei horizontale Bohrlöcher, die jeweils einige hundert bis einige tausend Fuß lang sind, aus demselben Hauptstamm gebohrt werden, wie die Zweige eines Baumes oder eines Kandelabers. Diese Technik ist besonders häufig offshore oder in umweltsensiblen Onshore-Standorten.Multilaterale Bohrungen schaffen ein hochproduktives Entwässerungsnetz in Reservoirs mit vielen isolierten Öl- oder Gastaschen.Fortschritte in der multilateralen Bohr- und Fertigstellungstechnologie versprechen geringere Bohrlochkosten, größere Flexibilität und ein höheres Gewinnpotenzial für den Betreiber.Das TAML (Technical Advancement of Multilaterals) Joint-Industry Project wurde 1997 gegründet, um die Industrie über die Vorteile multilateraler Zusammenarbeit aufzuklären.Multilaterale haben sich in verschiedenen Bohrproduktionsanwendungen als erfolgreich erwiesen, aber Mitglieder von TAML sind der Meinung, dass die Branche das volle Potenzial der Technologie immer noch nicht erkennt.Einige schätzen, dass 10% der 60.000-70.000 Öl- und Gasbohrungen, die jährlich weltweit gebohrt werden, multilaterale Kandidaten sind, während TAML den Prozentsatz auf 75% beziffert.

Oilfield Services

Wie die Grafik der Independent Petroleum Association of America (IPAA) für eine typische US-Bohrung in den Jahren 2003-2004 zeigt:

• Bohrgeräte machen etwa 30% der Bohrlochkosten aus
• Hochwertiger Stahl OCTG (Oil Country Tubular Goods) sind ein weiterer großer Kostenfaktor mit etwa 14% der Bohrlochkosten. Sie werden von globalen Stahlherstellern bereitgestellt.Als Gruppe machen technische Dienstleistungen wie Zementierung, Bohrschlamm, Formationsbehandlung und Bohrlochtests weitere 19% der Bohrlochkosten aus.
• Die größte verbleibende Kategorie Verschiedenes (bei 20% der Bohrlochkosten) umfasst Roustabouts, Ausrüstung, Rohrinspektion, Materialien und Zubehör für die Bohranlage, Gehäusemannschaften usw.

Beachten Sie, dass diese Prozentsätze nur Richtungsangaben sind. Die Brunnenkosten, insbesondere der Preis pro Fuß, variieren je nach Fläche und Reservoirstrukturen usw. Richtungsbohrungen und mehrere Frakturierungsbehandlungen tragen an vielen Standorten zu den Kosten bei. Als Fixkosten betrachtet, sind die Rig-Kosten ein höherer Prozentsatz für ein flaches Bohrloch.

In letzter Zeit sind die Kosten für alle Waren und Dienstleistungen aufgrund knapper Lieferungen gestiegen.

Vertragsbohrungen

Heute befindet sich der größte Teil der weltweiten Bohrgeräteflotte im Besitz von Vertragsbohrunternehmen.

Typischerweise wird ein Laufzeitvertrag zwischen dem E&P Operator und dem Vertragsbohrer abgeschlossen. Die Rig-Dienstleistungen für E&P-Betreiber umfassen erfahrenes Personal und Spezialausrüstung.

Bohrverträge können eine Mischung von Typen sein, abhängig von:

• der allgemeine E&P> Geschäftszyklus
• die Art des Marktes für das Bohrgerät, D. H. US vs. ausländischer Standort und z. B. Onshore vs. offshore
• Verfügbarkeit des Bohrgeräts aufgrund von Neubauten und derzeit unter Vertrag

Landbohrunternehmen

Das von einem Auftragnehmer bereitgestellte Bohrgerät stellt die größten Einzelkosten für das Bohren eines Bohrlochs dar. Gemessen am Umsatz sind die Auftragnehmer von Bohranlagen das größte Segment der Ölfelddienstleistungsbranche.

Alle Onshore-Bohrungen werden von der Oberfläche mit einem Landbohrgerät gebohrt. Land Rigs können auch Jackknife und Helikopter Rigs sein, die in kleine Stücke zerlegt werden können, um mit einem LKW oder Hubschrauber zu einem abgelegenen Landort transportiert zu werden. Die Onshore-Rig-Industrie ist in der Regel eine lokalisierte Industrie, da die Kosten für den regionalen oder internationalen Transport der Rigs hoch sein können.

Hohe Ölpreise machen es rentabel, alte Felder zu erkunden und neu zu erschließen, was zu Aktivitäten für leichte Workover-Bohrgeräte und CTD-Systeme (Coiled Tubing Drilling) führt.

In den USA erfordert der neue Ansturm auf das Bohren tiefer Schiefergasspiele höhere Bohrgeräte (1.500 PS und höher). Diese Bohrlöcher sind eine der Optionen mit den höchsten Kosten in einem E&P-Betreiberplan. Wenn die Erdgaspreise gedrückt werden, könnten diese Bohrungen eingeschränkt werden.

Offshore-Bohrunternehmen

Offshore-Bohrinseln sind massive, selbstfahrende, halbtauchende Bohrinseln und Bohrschiffe, die für den Einsatz in Tausenden von Fuß Wasser ausgelegt sind.

Der Markt für Offshore-Öl- und Gasbohrdienstleistungen wächst weiter und Neubauten erweitern die Flotten.

Mitte 2008 waren laut Oil & Gas Journal mehr als 90% der weltweit mobilen Offshore-Bohreinheiten unter Vertrag.

Zusätzlich zu den Explorationsbohrlöchern haben die Betreiber große Kapitalbeträge für Bohrungen und die Entwicklung von Großprojekten auf der ganzen Welt bereitgestellt. Einige Analysten sagen, dass diese neuen Projekte mit Rohölpreisen im Bereich von 50-60 USD voranschreiten werden.

Die Verträge für Offshore-Bohranlagen verlängern sich jetzt auf fast 2 Jahre, als Reaktion auf:

• steigende Nachfrage
• reduzierte Verfügbarkeit der Anlagen
• lange Vorlaufzeiten für Neubauten aufgrund von Fertigungs- und Ausrüstungsengpässen