Olajkút

TervezésSzerkesztés

A kútfúrás előtt egy geológus vagy geofizikus azonosít egy geológiai célpontot, amely megfelel a kút célkitűzéseinek.

• Egy termelő kút esetében a célpontot a kútból történő termelés optimalizálása és a tározó vízelvezetésének kezelése érdekében választják ki.
• Egy feltáró vagy értékelő kút esetében a célpontot egy életképes szénhidrogén-tározó meglétének megerősítésére vagy kiterjedésének megismerésére választják ki.
• Injektáló kút esetében a célt úgy választják ki, hogy a befecskendezési pontot egy áteresztő zónában helyezzék el, ami támogathatja a víz vagy gáz elhelyezését és/vagy a szénhidrogének közeli termelő kutakba való nyomását.

A célt (a kút végpontját) összevetik egy felszíni helyszínnel (a kút kezdőpontjával), és a kettő közötti pályát megtervezik. A nyomvonal megtervezésekor számos szempontot kell figyelembe venni, például a közeli kutakkal szembeni távolságot (ütközésgátlás), vagy azt, hogy ez a kút nem lesz-e útban a későbbi kutaknak, hogy lehetőség szerint megpróbálják elkerülni a hibákat, és bizonyos képződményeket könnyebb/nehezebb lehet fúrni bizonyos dőlésszögek vagy azimutok mellett.

Amikor a kút nyomvonalát azonosították, egy geotudósokból és mérnökökből álló csapat kidolgozza a felszín alatti rétegek feltételezett tulajdonságait, amelyeket a célpont elérése érdekében át kell fúrni. Ezek a tulajdonságok közé tartozik a pórusnyomás, a törésgradiens, a kútfúrás stabilitása, a porozitás, a permeabilitás, a litológia, a törések és az agyagtartalom. Ezeket a feltételezéseket a kútmérnöki csapat felhasználja a kút burkolatának és kitöltésének tervezéséhez, majd a részletes tervezéshez, ahol például kiválasztják a fúrószerszámokat, megtervezik a BHA-t, kiválasztják a fúrófolyadékot, és lépésről lépésre eljárásokat írnak, hogy utasításokat adjanak a kút biztonságos és költséghatékony kivitelezéséhez.

Mivel a kúttervezés számos eleme kölcsönhatásban van egymással, és az egyik elem megváltoztatása sok más dologra is kihat, gyakran a pályák és a tervek több iteráción mennek keresztül, mielőtt a terv véglegesítésre kerül.

DrillingEdit

Egy olajkút kommentált vázlata a fúrási fázisban

A kút úgy jön létre, hogy egy 12 cm és 1 méter közötti átmérőjű lyukat fúrnak a földbe egy fúrótoronnyal, amely egy fúrószálat forgat, amelyhez egy fúrófej van rögzítve. Miután a lyukat kifúrták, a fúrásnál valamivel kisebb átmérőjű acélcsőszakaszokat (burkolat) helyeznek a lyukba. A burkolat külső része és a fúrólyuk közé cementet helyezhetnek, amelyet gyűrűnek neveznek. A burkolat biztosítja az újonnan fúrt kútfúrás szerkezeti integritását, emellett elszigeteli egymástól és a felszíntől a potenciálisan veszélyes nagynyomású zónákat.

Mivel ezek a zónák biztonságosan el vannak szigetelve, és a formációt a burkolat védi, a kút mélyebbre (potenciálisan instabilabb és erőszakosabb formációkba) fúrható kisebb fúrófejjel, és kisebb méretű burkolattal is burkolható. A modern kutak gyakran két-öt, egymáson belül fúrt, egymást követően kisebb méretű lyukakból álló sorozatot tartalmaznak, amelyek mindegyikét burkolattal cementálják.

A kút fúrásához

Kútburkolat

• A fúrófej, a felette lévő fúrószál súlyának segítségével, belevág a kőzetbe. Különböző típusú fúrófejek léteznek; egyesek a kőzetet nyomószilárdsággal szétmorzsolják, míg mások a fúrófej forgása közben nyírószeleteket vágnak le a kőzetről.
• A fúrófolyadék, más néven “iszap” a fúrócső belsejébe kerül, és a fúrófejnél távozik. A fúrófolyadék fő összetevői általában víz és agyag, de jellemzően folyadékok, szilárd anyagok és vegyi anyagok összetett keverékét is tartalmazza, amelyet gondosan össze kell állítani, hogy a kút biztonságos fúrásához szükséges megfelelő fizikai és kémiai tulajdonságokat biztosítsa. A fúróiszap különleges funkciói közé tartozik a fúrófej hűtése, a kőzetdarabok felszínre emelése, a kőzet destabilizálódásának megakadályozása a kútfalon, valamint a kőzetben lévő folyadékok nyomásának leküzdése, hogy ezek a folyadékok ne kerüljenek a kútfúrásba. Egyes olajkutakat levegővel vagy habbal fúrnak, mint fúrófolyadékkal.

Az iszapos naplózás folyamata, az olajkutak fúrásakor a litológia tanulmányozásának gyakori módja

• A keletkezett kőzet “forgácsot” a fúrófolyadék felsöpri, miközben a fúrócsövön kívül kering vissza a felszínre. A folyadék ezután “rázókészülékeken” megy keresztül, amelyek kiszűrik a forgácsot a jó folyadékból, amely visszakerül a gödörbe. A visszavezetett forgács rendellenességeinek figyelése és a visszavezetett folyadék mennyiségének vagy sebességének nyomon követése elengedhetetlen a “rúgások” korai észleléséhez. A “rúgás” az, amikor a formáció nyomása a fúrófej mélységében nagyobb, mint a felette lévő iszap hidrosztatikai nyomása, ami, ha nem szabályozzák ideiglenesen a kiömlésgátlók lezárásával és végül a fúrófolyadék sűrűségének növelésével, lehetővé tenné a formációs folyadékok és az iszap ellenőrizetlen feláramlását a gyűrűcsövön keresztül.
• A cső vagy fúrószál, amelyhez a fúrófej csatlakozik, fokozatosan meghosszabbodik, ahogy a kút mélyebbre kerül, további 9 m (30 láb) csőszakaszok vagy “kötések” becsavarásával a felszínen lévő Kelly vagy Topdrive alatt. Ezt a folyamatot összekötésnek nevezik. A “tripping”-nek nevezett folyamat az, amikor a fúrófejet kihúzzák a lyukból, hogy kicseréljék a fúrófejet (tripping out), és új fúrófejet futtatnak vissza (tripping in). Az illesztések kombinálhatók a lyukból való kihúzáskor történő hatékonyabb kioldás érdekében, több illesztésből álló állványok létrehozásával. Egy hagyományos tripla például egyszerre három csövet húzna ki a lyukból, és azokat a fúrótoronyban egymásra helyezné. Sok modern fúrótorony, az úgynevezett “szupersinglik”, egyszerre egyenként húzza ki a csövet, és menet közben állványokra rakja azt.

Ezt a folyamatot egy fúrótorony segíti elő, amely tartalmazza az összes szükséges berendezést a fúrófolyadék keringetéséhez, a cső felhúzásához és elfordításához, a fúrás ellenőrzéséhez, a fúrófolyadékból a forgács eltávolításához, valamint az e műveletekhez szükséges helyszíni energia előállításához.

CompletionEdit

Modern fúrótorony Argentínában

A kutat a fúrás és a burkolás után “befejezni” kell. A kitöltés az a folyamat, amelynek során a kút képessé válik az olaj vagy gáz kitermelésére.

A burkolt lyukak kitöltésénél kis lyukakat, úgynevezett perforációkat készítenek a burkolat azon részén, amely áthaladt a kitermelési zónán, hogy az olaj számára utat biztosítsanak a környező kőzetből a kitermelő csőbe való áramláshoz. Nyitott lyukú kitöltésnél gyakran “homokszűrőket” vagy “kavicscsomagot” telepítenek az utolsó fúrt, burkolatlan tározószakaszba. Ezek a burkolat hiányában fenntartják a kútfúrás szerkezeti integritását, miközben lehetővé teszik a tározóból a kútfúrásba történő áramlást. A sziták a formáció homokjának a termelőcsövekbe és a felszíni berendezésekbe való bejutását is megakadályozzák, ami kimosódásokat és egyéb problémákat okozhat, különösen a tengeri mezők nem konszolidált homokos formációiban.

Az áramlási útvonal kialakítása után savakat és törőfolyadékokat lehet a kútba pumpálni, hogy a tároló kőzetet törjék, tisztítsák vagy más módon előkészítsék és stimulálják a szénhidrogének optimális termelése érdekében a kútfúrásba. Végül a kút tározó szakasza feletti területet a burkolatba tömörítik, és egy kisebb átmérőjű csövön, az úgynevezett tubingon keresztül a felszínre vezetik. Ez az elrendezés redundáns gátat képez a szénhidrogének szivárgása ellen, valamint lehetővé teszi a sérült szakaszok cseréjét. Emellett a cső kisebb keresztmetszete nagyobb sebességgel termeli ki a tározófolyadékokat, hogy minimalizálja a folyadékvisszaesést, amely további ellennyomást hozna létre, és megvédi a burkolatot a korrozív kútfolyadékoktól.

Sok kútban a felszín alatti tározó természetes nyomása elég magas ahhoz, hogy az olaj vagy a gáz a felszínre áramoljon. Ez azonban nem mindig van így, különösen a kimerült mezőkön, ahol a nyomást más termelő kutak csökkentették, vagy az alacsony áteresztőképességű olajtározókban. Egy kisebb átmérőjű csővezeték beépítése elegendő lehet a termelés elősegítéséhez, de mesterséges emelési módszerekre is szükség lehet. Az általános megoldások közé tartoznak a fúrólyukszivattyúk, a gázemelés vagy a felszíni szivattyúemelők. Az elmúlt tíz évben számos új rendszert vezettek be a kutak befejezéséhez. A többszörös pakolórendszerek, amelyekben a frac portok vagy a portgallérok egyetlen rendszerben vannak, csökkentették a kitöltési költségeket és javították a termelést, különösen a vízszintes kutak esetében. Ezek az új rendszerek lehetővé teszik, hogy a burkolatok az oldalsó zónába fussanak, megfelelő packer/frac port elhelyezéssel az optimális szénhidrogén-kihozatal érdekében.

TermelésSzerkesztés

Egy tipikus olajkút vázlata, amelyet egy pumpjackkel termelnek ki, amely a maradék kitermelhető olaj kitermelésére szolgál, miután a természetes nyomás már nem elegendő az olaj felszínre emeléséhez

A termelés szakasza a legfontosabb szakasza a kút életének; Amikor az olajat és a gázt kitermelik. Ekkorra a kút fúrásához és befejezéséhez használt olajfúró és javító fúrótornyok már eltávolodtak a kútfúrásból, és a tetejét általában szelepek gyűjteményével szerelik fel, amelyet karácsonyfának vagy termelési fának neveznek. Ezek a szelepek szabályozzák a nyomást, szabályozzák az áramlást, és hozzáférést biztosítanak a kútfúráshoz, ha további befejező munkálatokra van szükség. A termelési fa kimeneti szelepéről az áramlás csővezetékekből és tartályokból álló elosztóhálózathoz csatlakoztatható, hogy a terméket finomítókba, földgáz-kompresszorállomásokra vagy olajexport-terminálokba szállítsák.

Míg a tározóban a nyomás elég magas marad, a kút kitermeléséhez csak a termelési fára van szükség. Ha a nyomás lecsökken, és ez gazdaságilag életképesnek tekinthető, akkor a kitöltési fejezetben említett mesterséges emelési módszer alkalmazható.

A régebbi kutaknál gyakran van szükség átdolgozásra, amelyeknél kisebb átmérőjű csövekre, vízkő vagy paraffin eltávolítására, savmátrixos munkákra, vagy egy sekélyebb tározóban új érdekeltségi zónák kitöltésére lehet szükség. Az ilyen helyreállítási munkákat a csőhúzásra és csőcserére szolgáló fúrótornyok – más néven húzóegységek, komplementer fúrótornyok vagy “szervizfúrótornyok” – segítségével, vagy a kútba történő beavatkozási technikák alkalmazásával lehet elvégezni, csévélt csövek felhasználásával. Az emelőrendszer és a kútfej típusától függően egy rúdfúró berendezés vagy egy flushby használható a szivattyú cseréjére a csővezeték kihúzása nélkül.

A fokozott kitermelési módszerek, mint például a vízzel, gőzzel vagy CO2-vel történő elárasztás a tározónyomás növelésére és a szénhidrogéneknek a tározóból való kiszorítására szolgáló “söprési” hatás biztosítására használhatók. Ezek a módszerek injektáló kutak használatát igénylik (gyakran a régi termelőkutak közül gondosan meghatározott mintázatban kiválasztva), és akkor alkalmazzák őket, ha a tározónyomás kimerülésével vagy a magas olajviszkozitással kapcsolatos problémákkal kell szembenézni, vagy akár a mező élettartamának korai szakaszában is alkalmazhatók. Bizonyos esetekben – a tározó geomechanikájától függően – a tározómérnökök megállapíthatják, hogy a végső kitermelhető olajmennyiség növelhető a mező fejlődésének korai szakaszában alkalmazott vízpótlási stratégia alkalmazásával, nem pedig később. Az ilyen fokozott kitermelési technikákat gyakran “harmadlagos kitermelésnek” nevezik.

ElhagyásSzerkesztés

A kútról azt mondják, hogy eléri a “gazdasági határt”, amikor a leghatékonyabb kitermelés mértéke nem fedezi az üzemeltetési költségeket, beleértve az adókat is.

A gazdasági határ az olaj- és gázkutak esetében az alábbi képletekkel fejezhető ki:

Olajmezők:
E L o i l = W I × L O E N R I × ( 1 – T ) {\displaystyle {EL}_{oil}={\frac {{WI}\times {LOE}}{{{NRI}\times (1-{T})}}}}

Gázmezők:
E L g a s = W I × L O E N R I × ( 1 – T ) {\displaystyle {EL}_{gáz}={\frac {{WI}\times {LOE}}{{NRI}\times (1-{T})}}}}

Hol:
E L o i l {\displaystyle {EL}_{oil}}}

egy olajkút gazdasági határértéke havi hordó olajban (bbls/hó).
E L g a s {\displaystyle {EL}_{gáz}}}

is a gas well’s economic limit in thousand standard cubic feet per month (MSCF/month).
P o , P g {\displaystyle {P}_{o},{P}_{g}}

are the current prices of oil and gas in dollars per barrels and dollars per MSCF respectively.
L O E {\displaystyle {LOE}}

is the lease operating expenses in dollars per well per month.
W I {\displaystyle {WI}}

working interest, as a fraction.
N R I {\displaystyle {NRI}}

net revenue interest, as a fraction.
G O R {\displaystyle {GOR}}

gas/oil ratio as SCF/bbl.
Y {\displaystyle {Y}}

condensate yield as barrel/million standard cubic feet.
T {\displaystyle {T}}

kitermelési és elvonási adók, töredékben kifejezve.

Amikor a gazdasági határértéket megemelik, a kút élettartama lerövidül és a bizonyított kőolajkészletek elvesznek. Ezzel szemben, ha a gazdasági határértéket csökkentik, a kút élettartama meghosszabbodik.

Amikor a gazdasági határértéket elérik, a kút kötelezettséggé válik, és elhagyják. Néhány felhagyott kutat később betömnek, és a területet helyreállítják; az ilyen erőfeszítések költségei azonban több millió dollárra rúghatnak. Ennek során a csöveket eltávolítják a kútból, és a kútfúrás szakaszait betonnal töltik ki, hogy a gáz- és vízzónák közötti áramlási utat elszigeteljék egymástól, valamint a felszíntől. Ezután a kútfej körüli felszínt kiássák, majd a kútfejet és a burkolatot levágják, egy kupakot hegesztenek a helyére, majd betemetik.

A gazdasági határon gyakran még mindig jelentős mennyiségű kitermelhetetlen olaj van a tározóban. Csábító lehet a fizikai felhagyást hosszabb időre elhalasztani, remélve, hogy az olajár emelkedni fog, vagy hogy az új kiegészítő kitermelési technikák tökéletesednek. Ezekben az esetekben ideiglenes dugókat helyeznek el a fúrólyukban, és zárakat rögzítenek a kútfejhez, hogy megakadályozzák a beavatkozást. Észak-Amerika-szerte több ezer “elhagyott” kút van, amelyek arra várnak, hogy a piac mit tesz a végleges elhagyás előtt. Gyakran a bérleti szerződés rendelkezései és a kormányzati előírások általában megkövetelik a gyors felhagyást; a felelősség és az adózási szempontok szintén a felhagyás mellett szólhatnak.

A felhagyott kutat elméletileg újra be lehet vezetni és vissza lehet állítani a termelésbe (vagy át lehet állítani injektáló üzembe a kiegészítő hasznosítás vagy a szénhidrogének tárolása céljából), de a visszavezetés gyakran mechanikai szempontból nehéznek és költségesnek bizonyul. Hagyományosan elasztomer és cementdugókat használtak, változó sikerrel és megbízhatósággal. Idővel ezek az anyagok – különösen korrozív környezetben – tönkremehetnek a gyártásuk alapanyaga miatt. A hagyományos híddugóknak nagyon kicsi a tágulási arányuk, ami korlátozza a korlátozásokkal rendelkező kutakban való használatukat. Alternatívaként a nagy tágulású dugók, például a felfújható tömítőelemek nem rendelkeznek a számos kút elhagyásához szükséges nyomáskülönbséggel, és nem biztosítanak gázzáró tömítést sem. Olyan új eszközöket fejlesztettek ki, amelyek megkönnyítik a visszahelyezést, ezek az eszközök nagyobb tágulási arányt kínálnak, mint a hagyományos hídddugók, és nagyobb nyomáskülönbségeket, mint a felfújható pakolók, miközben V0 minősítésű, gázzáró tömítést biztosítanak, amit a cement nem tud biztosítani.