La lezione Drilling Fundamentals consiste dei seguenti argomenti:

• Obiettivi formativi
• Temi della lezione
• Drilling: Dove, Cosa e Come
• Geologia
• Rocce
• Placche Tettoniche
• Serbatoi
• Formazioni
• Stress
• Ambienti Ostili
• Totale Profondità Verticale (TVD)
• Pozzi Orizzontali
• Deviato Pozzi
• la Perforazione Direzionale
• Multilaterale Pozzi
• l’Importanza dei Servizi Petroliferi
• Contratto di Foratura
• Terra Appaltatori
• Offshore Drilling Contractors

È utile dividere entrambi la perforazione e produzione di soggetti in quattro temi fondamentali circa i fattori chiave che guidano le operazioni di complessità, tra cui:

• Tipo di idrocarburi, petrolio o gas,
• Tipo di serbatoio, convenzionale o non convenzionale,
• Posizione, onshore o offshore, in ambienti climatici remoti o severi e
• Infine, l’apparecchiatura. Per la perforazione questo include il tipo di impianto di perforazione e attrezzature sottosuolo.

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Drilling – Dove, cosa e come

Il processo effettivo di perforazione molto simile all’utilizzo di un trapano elettrico per eseguire un’attività di officina.

• Prima della perforazione, le misure sono fatte per mostrare dove perforare.
• Il materiale, la dimensione del foro e la profondità di perforazione determineranno il tipo corretto di punta
• Determinerà anche quanto grande deve essere il motore del trapano per guidare la punta in un movimento rotatorio.

Il concetto del processo di perforazione globale è relativamente semplice. C’è un potenziale serbatoio situato in profondità sotto la superficie terrestre. Per ottenere l’accesso ed estrarre petrolio o gas, è necessario praticare un foro attraverso le varie rocce, materiali e strati per raggiungerlo.

Nella perforazione di petrolio e gas, il “come” perforare il pozzo, è oggetto di questo modulo e, spesso, è l’ultimo elemento da considerare. In primo luogo, il team deve definire:

• Dove perforare-in base al lavoro di esplorazione e valutazione, la geologia e il potenziale struttura sottosuolo
• Cosa-determinato dal serbatoio e strati che impostano il profilo del pozzo, sia la profondità e la dimensione del foro

Dopo aver definito quanto sopra, l’ingegnere di perforazione può sviluppare:

• ottimale di perforazione
• Una dettagliata progettazione e costruzione
• Bisogno di sicurezza operativa e la pianificazione di emergenza
• L’importante “andare” e “no-go” punti di decisione nell’operazione

Geologia

la Geologia è lo studio della materia solida che costituisce la terra. Ciò comporta tutte le formazioni sotterranee:

• il suolo e le rocce
• i diversi strati della crosta terrestre
• il nucleo

I geologi svolgono un ruolo importante nelle operazioni di perforazione. I loro studi esplorativi determinano dove si possono trovare petrolio e gas e quale tipo di pozzo è meglio utilizzato per raggiungerlo.

Nei primi giorni di perforazione, punzonatura fori nella terra con la speranza di colpire grande era fondamentalmente un colpo e perdere prospettiva.

Oggi, la tecnologia ha percorso una lunga strada nel determinare dove perforare, quanto in profondità per perforare, e che tipo di attrezzature saranno necessari per estrarre il petrolio e il gas, portando a successi di esplorazione globale ben nella gamma di 60-70%.

Rocce

Il processo di perforazione del pozzo deve attraversare vari tipi di rocce nella terra. Le rocce sono composte da materia minerale o organica e si trovano in strati o strati sotterranei in tutto il mondo.

Le rocce possono contenere un singolo minerale, come il salgemma e alcuni calcari, o molti minerali, come il granito (quarzo, feldspato, mica e altri minerali).

La perforazione incontra tre tipi fondamentali di roccia, ciascuno con una caratteristica differente che richiede una punta differente, la velocità del trapano e la pressione del pezzo da perforare più efficientemente e sicuro. Loro sono:

• Roccia ignea-Questo tipo di roccia è molto dura (come il granito), ed era una volta roccia fusa che raffreddata e solidificata.
• Roccia sedimentaria-Questo tipo di roccia si trova in frammenti più piccoli e viene trasportato dal vento o dall’acqua fino a quando non si deposita. Questo tipo di roccia è un po ‘ più facile da perforare. Esempi sono arenaria e calcare.
• Roccia metamorfica – È il risultato di una roccia esistente sottoposta a pressioni e temperature estreme, trasformandola così in roccia metamorfica. Esempi di questo tipo di roccia sono l’ardesia e il marmo.

Le rocce più comuni (sedimentarie) si depositano prima in strati orizzontali chiamati strati.Sono spesso deformati dai movimenti della crosta terrestre.

Placche tettoniche

I più grandi movimenti che interessano gli strati rocciosi sono legati alla deriva continentale, chiamata tettonica a placche.

Lo strato esterno della crosta terrestre è costituito da sette placche tettoniche che galleggiano sopra il nucleo fuso della terra. Queste piastre stanno cambiando posizione costantemente, noto come Deriva continentale.

Le placche tettoniche mobili hanno tre tipi di confini: confini convergenti o di collisione, confini divergenti o di diffusione e confini di trasformazione. Terremoti, attività vulcanica, costruzione di montagne e formazione di trincee oceaniche si verificano tutti lungo i confini delle placche.

Le placche tettoniche e il loro movimento possono influenzare notevolmente il processo di perforazione se un pozzo si trova vicino ai confini di collisione della piastra, ad esempio le migliaia di pozzi in California, molti vicino alla faglia di San Andreas.

Le piastre di spostamento possono alterare rapidamente la composizione degli strati di sottosuperficie, causando danni alle attrezzature di perforazione e letture difettose del serbatoio.

Serbatoi

Serbatoi sono disponibili in varie forme e dimensioni. I serbatoi convenzionali più comuni nei primi giorni dell’industy erano arenarie.

Oggi i serbatoi di carbonato contengono più del 60% del petrolio rimanente nel mondo. Le formazioni carbonatiche sono complesse, eterogenee, con percorsi di flusso irregolari e trappole di circolazione.

La maggior parte delle società di servizi petroliferi si concentra sullo sviluppo di tecnologie all’avanguardia per sfruttare in modo efficiente ambienti di giacimenti complessi.

Formazioni

“Formazioni” è un termine generalizzato per la roccia che circonda un serbatoio che deve essere perforato per raggiungere la zona di pagamento finale.

Valutazione della formazione, si riferisce al volume di roccia analizzato da misurazioni effettuate nel pozzo trivellato, di solito ben log o un test di pozzo. La valutazione della formazione aiuta a stimare il potenziale produttivo del pozzo e nella scelta di un metodo di completamento del pozzo.

La valutazione della formazione viene effettuata dal geologo. Raccogliendo dati di pressione e campioni di fluidi da una formazione, geologi e ingegneri chimici possono anche determinare la migliore formula chimica per i fluidi di perforazione necessari per controllare la pressione del pozzo e guidare le talee in superficie.

Stress

Le rocce sepolte in profondità nella terra non sono statiche, ma sono soggette a condizioni in continua evoluzione. Strati di roccia posto enorme pressione verticale sul pozzo e po’. Le rocce laterali esercitano forze orizzontali sul pozzo.

La roccia finale del cappuccio sub-superficiale è spesso più compatta e significativamente più difficile da perforare. È importante capire questi stress quando si cerca di determinare il modo migliore per perforare in una zona di pagamento.

Ambienti ostili

Oggi i pozzi superano i 6.000 m (20.000 piedi) di profondità. A queste profondità, le temperature sulla punta del trapano possono superare i 450 gradi F e le pressioni possono superare i 15.000 psi. La presenza di gas acidi (H2S, CO2) e cloruri rendono la perforazione una sfida tecnica.

È importante sapere se esistono condizioni di pozzo ostili durante la perforazione in modo che possano essere selezionati i componenti appropriati del pozzo.

Devono essere messe in atto anche misure di sicurezza per proteggere il personale della piattaforma di produzione.

Profondità di due Verticle (TVD)

Due dimensioni chiave sono importanti nella progettazione del pozzo:

• L’estremità pianificata del pozzo, misurata dalla lunghezza dell’asta di perforazione necessaria per raggiungere la zona di pagamento, è chiamata profondità misurata (MD).
• La profondità verticale totale (TVD) è indipendente dalle deviazioni e dal percorso utilizzato per raggiungere la zona di pagamento.

Tutti i sistemi e le apparecchiature dell’impianto di perforazione devono essere progettati e configurati per adattarsi alla profondità misurata (MD). Prima di tutto, deve essere selezionato il rig corretto. Il fattore chiave che guida la selezione dell’impianto di perforazione è la sua capacità di girare la corda di perforazione-misurata in potenza di cavallo.

TVD è importante perché dà all’ingegnere di perforazione un’idea delle pressioni e delle temperature che influenzeranno la corda di perforazione e la punta del trapano.

Pozzi orizzontali

Nonostante il fatto che la maggior parte dei giacimenti di petrolio e gas siano più ampi di quelli spessi, per più di un secolo, la perforazione verticale è rimasta il metodo preferito. Un pozzo orizzontale è più costoso, ma è in grado di raggiungere obiettivi sotterranei che non potrebbero essere facilmente raggiunti con un pozzo verticale.

Poiché i pozzi orizzontali possono drenare un’area più ampia, sono necessari meno, il che significa meno infrastrutture di superficie. Questo ingombro ridotto rende la perforazione orizzontale ideale per serbatoi poco profondi, sparsi, fratturati o in ambienti sensibili.

Questi fattori, e i progressi tecnologici che hanno reso commercialmente praticabili i pozzi orizzontali, hanno portato ad un aumento di 20 volte del numero di pozzi orizzontali negli Stati Uniti negli ultimi due decenni.

Con un pozzo verticale il ruolo di un geologo è principalmente quello di valutare ” ciò che è stato perforato.”Con pozzi orizzontali geologi ora entrano a far parte dell’operazione di perforazione, attivamente coinvolti nel guidare il pozzo lungo un profilo desiderato e rispondere ai dati di feedback come perforazione si verifica.

Pozzi deviati

La deviazione è l’angolo in cui un pozzo diverge dalla posizione verticale di 90°.

La maggior parte delle deviazioni si verificano naturalmente a causa della flessibilità della corda di perforazione e della reazione alle strutture di downhole, come i tuffi nei letti di roccia perforati.

Un pozzo può essere deliberatamente deviato per perdere ostacoli ad alto rischio o per raggiungere serbatoi aggiuntivi. Anche i pozzi sono deviati per evitare aree sub-superficiali che possono contenere alte concentrazioni di gas tossici.

Oggi, i pozzi sono comunemente rivolti in direzione orizzontale per:

• aumentare l’esposizione alle zone di produzione
• intersecare un numero maggiore di fratture
• seguire una struttura complessa

I pozzi spesso sono deviati dall’uso di un meccanismo di sterzo collegato alla corda di perforazione.

Perforazione direzionale

Perforazione direzionale è la deviazione intenzionale di un pozzo dal percorso che sarebbe naturalmente prendere.

Questo viene realizzato attraverso l’uso di attrezzature di perforazione specializzate come whipstocks, motori di fango e configurazioni di assemblaggio del foro di fondo (BHA).

Gli strumenti Downhole misurano continuamente il percorso del pozzo in tre dimensioni. I collegamenti dati alla superficie comunicano queste misurazioni per consentire una regolazione costante dei motori mud e dei componenti BHA.

La perforatrice direzionale può anche alterare altri parametri di perforazione come il peso sulla punta del trapano e la velocità della tavola rotante per dirigere la punta verso il percorso direzionale desiderato.

Pozzi multilaterali

Una diminuzione dell’impronta deriva anche da più pozzi orizzontali perforati dallo stesso pad. Il metodo più comune è dove un perforatore sposta l’impianto di alcuni metri e inizia un altro albero verticale.

È anche possibile perforare più pozzi dallo stesso foro verticale. In questa tecnica, chiamata perforazione multilaterale, due o tre fori orizzontali, ciascuno di poche centinaia a poche migliaia di piedi di lunghezza, possono essere perforati dallo stesso stelo principale, come i rami di un albero o di un candelabro. Questa tecnica è particolarmente comune in mare aperto o in luoghi onshore sensibili all’ambiente.

La perforazione multilaterale crea una rete di drenaggio altamente produttiva in serbatoi con molte sacche isolate di petrolio o gas.

I progressi nella tecnologia multilaterale di perforazione e completamento promettono una riduzione dei costi dei pozzi, una maggiore flessibilità e un maggiore potenziale di profitto per l’operatore.

Il progetto congiunto TAML (Technical Advancement of Multilaterals) è stato costituito nel 1997 per educare l’industria sui vantaggi dei pozzi multilaterali.

I multilaterali si sono dimostrati efficaci in varie applicazioni di produzione di perforazione, ma i membri di TAML ritengono che l’industria non riconosca ancora il pieno potenziale della tecnologia.

Alcuni stimano che il 10% dei 60.000-70.000 pozzi di petrolio e gas trivellati annualmente in tutto il mondo siano candidati multilaterali, mentre il TAML colloca la percentuale fino al 75%.

Servizi petroliferi

Come indica il grafico dell’Independent Petroleum Association of America (IPAA) per un tipico pozzo americano perforato nel 2003-2004:

• Le piattaforme di perforazione sono circa il 30% del costo del pozzo
• L’acciaio di alta qualità OCTG (Oil Country Tubular Goods) è un altro grande fattore di costo, a circa il 14% del costo del pozzo. Sono forniti da produttori di acciaio globali.
• Come gruppo, i servizi tecnici tra cui cementazione, fanghi di perforazione, trattamento della formazione e test del pozzo rappresentano un altro 19% del costo del pozzo.
• La più grande categoria miscellanea rimanente (al 20% del costo del pozzo) comprende roustabout, attrezzature, ispezione dei tubi, materiali e forniture per l’impianto di perforazione, equipaggi di rivestimento, ecc.

Si noti che queste percentuali sono solo direzionali. Il costo del pozzo, in particolare il prezzo per piede, varia con le strutture di area e serbatoio ecc. La perforazione direzionale ed i trattamenti multipli di fratturazione aggiungono al costo in molte posizioni. Considerato un costo fisso, costo rig è una percentuale più alta su un pozzo poco profondo.

Recentemente, i costi per tutti i beni e servizi sono stati in aumento a causa della scarsità di forniture.

Contract Drilling

Oggi, la maggior parte della flotta globale di impianti di perforazione è di proprietà di società di perforazione a contratto.

In genere, viene stipulato un contratto a termine tra l’operatore E & P e la perforatrice a contratto. I servizi di rig forniti agli operatori E&P includono personale esperto e attrezzature specializzate.

I contratti di perforazione possono essere una miscela di tipi, a seconda di:

• il generale E&P ciclo economico delle spese
• il tipo di mercato per l’impianto di perforazione, cioè, USA vs. posizione estera e ad esempio onshore vs. offshore
• rig disponibilità a causa di nuove costruzioni e quelli attualmente sotto contratto

Terra di perforazione Appaltatori

La piattaforma di perforazione – fornito da un contraente – è il più grande singolo costo di perforazione di un pozzo. Sulla base delle entrate, gli appaltatori di impianti di perforazione sono il più grande segmento del settore dei servizi petroliferi.

Tutti i pozzi onshore sono perforati dalla superficie utilizzando un impianto di perforazione terrestre. Le piattaforme terrestri possono anche essere piattaforme jackknife ed elicotteri, che possono essere suddivise in pezzi abbastanza piccoli da essere trasportate in una posizione remota via camion o elicottero. L’industria delle piattaforme onshore tende ad essere un’industria localizzata, perché il costo di spostare le piattaforme a livello regionale o internazionale può essere elevato.

Gli alti prezzi del petrolio rendono redditizio esplorare e riqualificare vecchi campi, generando attività per impianti di perforazione leggeri e sistemi di perforazione di tubi a spirale (CTD).

Negli Stati Uniti, la nuova corsa verso la perforazione di giochi di gas di scisto profondo richiederà impianti di perforazione più potenti (1.500 HP e superiori). Questi pozzi sono una delle opzioni di costo più alto in un E&P piano dell’operatore. Se i prezzi del gas naturale si deprimono, la perforazione di questi pozzi potrebbe essere ridotta.

Offshore Drilling Contractors

Le piattaforme offshore sono enormi, semoventi, semisommergibili e navi di perforazione progettate per lavorare in migliaia di piedi di acqua.

Il mercato dei servizi di perforazione offshore di petrolio e gas continua ad espandersi e nuove costruzioni gonfiano le flotte.

A partire dalla metà del 2008, più del 90% delle unità di perforazione offshore mobili del mondo erano sotto contratto, secondo il Oil& Gas Journal.

Oltre ai pozzi di esplorazione, gli operatori hanno impegnato grandi quantità di capitale per perforare e sviluppare grandi progetti in tutto il mondo. Alcuni analisti dicono che questi nuovi progetti andranno avanti con i prezzi del petrolio greggio nella gamma $50-60.

I contratti di perforazione offshore si stanno allungando a quasi 2 anni, in risposta a:

• crescente domanda
• ridotta disponibilità di impianti
• lunghi tempi di consegna per le nuove costruzioni a causa dei colli di bottiglia della produzione e delle attrezzature