Oljekälla

PlaneringRedigera

Innan en brunn borras identifieras ett geologiskt mål av en geolog eller geofysiker för att uppfylla målen för brunnen.

• För en produktionsbrunn väljs målet för att optimera produktionen från brunnen och hantera dräneringen av reservoaren.
• För en prospekterings- eller utvärderingsbrunn väljs målet för att bekräfta förekomsten av en livskraftig kolvätereservoar eller för att ta reda på dess omfattning.
• För en injektionsbrunn väljs målet för att lokalisera injektionspunkten i en permeabel zon, vilket kan stödja bortskaffandet av vatten eller gas och/eller trycka in kolväten i närliggande produktionsbrunnar.

Målet (brunnens slutpunkt) kommer att matchas med en plats på ytan (brunnens startpunkt), och en bana mellan de två kommer att utformas. Det finns många överväganden att ta hänsyn till när man utformar banan, t.ex. hur långt man kan gå till närliggande brunnar (antikollision) eller om den här brunnen kommer att stå i vägen för framtida brunnar, man försöker undvika fel om möjligt och vissa formationer kan vara lättare/svårare att borra vid vissa lutningar eller azimutaler.

När brunnsbanan har identifierats kommer ett team av geovetare och ingenjörer att ta fram en uppsättning förmodade egenskaper hos det underliggande jordlag som man kommer att borra sig igenom för att nå målet. Dessa egenskaper omfattar poraltryck, sprickgradient, stabilitet i borrhålet, porositet, permeabilitet, litologi, fel och lerhalt. Denna uppsättning antaganden används av ett brunnsteknikerteam för att utföra konstruktionen av borrhöljet och slutförandet av brunnen, och sedan detaljerad planering, där t.ex. borrkronorna väljs, en BHA utformas, borrvätskan väljs och steg-för-steg-förfaranden skrivs för att ge instruktioner för att utföra borrningen på ett säkert och kostnadseffektivt sätt.

Med tanke på samspelet med många av elementen i en brunnsutformning och att en ändring av ett element kommer att påverka många andra saker, går banor och utformningar ofta igenom flera iterationer innan en plan slutförs.

DrillingEdit

En kommenterad schematisk bild av en oljekälla under en borrningsfas

.

Källan skapas genom att borra ett hål med en diameter på 12 cm till 1 meter (5 tum till 40 tum) i jorden med en borrigg som roterar en borrsträng med en borrkrona fastsatt. När hålet är borrat placeras sektioner av stålrör (hölje), som är något mindre i diameter än borrhålet, i hålet. Cement kan placeras mellan utsidan av höljet och borrhålet, vilket kallas annulus. Höljet ger strukturell integritet åt det nyborrade borrhålet och isolerar dessutom potentiellt farliga högtryckszoner från varandra och från ytan.

Med dessa zoner säkert isolerade och formationen skyddad av höljet kan brunnen borras djupare (in i potentiellt mer instabila och våldsamma formationer) med en mindre borrkrona, och även höljes med en mindre storlek på höljet. Moderna brunnar har ofta två till fem uppsättningar av mindre hålstorlekar som borras i varandra, var och en cementerad med förband.

För att borra brunnen

Brunnshölje

• Borristen skär sig in i berget med hjälp av tyngden från borrsträngen ovanför den. Det finns olika typer av borrkronor; vissa får berget att sönderfalla genom tryckbrott, medan andra skär skivor av berget när borrkronan vrider sig.
• Borrvätska, även kallad ”lera”, pumpas ner på insidan av borrröret och kommer ut vid borrkronan. De viktigaste komponenterna i borrvätskan är vanligtvis vatten och lera, men den innehåller också vanligtvis en komplex blandning av vätskor, fasta ämnen och kemikalier som måste skräddarsys noggrant för att ge de korrekta fysiska och kemiska egenskaper som krävs för att borra brunnen på ett säkert sätt. Borrslammet har bland annat följande funktioner: kylning av borrkronan, lyftning av bergsavfall till ytan, förhindrande av destabilisering av berget i borrhålets väggar och övervinnande av trycket från vätskor i berget så att dessa vätskor inte tränger in i borrhålet. Vissa oljekällor borras med luft eller skum som borrvätska.

Mud log in process, ett vanligt sätt att studera litologin vid borrning av oljekällor

• Det genererade bergets ”skärsatser” sopas upp av borrvätskan när den cirkulerar tillbaka till ytan utanför borröret. Vätskan passerar sedan genom ”shakers” som silar bort skärsatserna från den goda vätskan som återförs till gropen. Det är viktigt att hålla utkik efter avvikelser i det återvändande skärvattnet och övervaka volymen eller hastigheten på den återvändande vätskan i gropen för att fånga upp ”kicks” i ett tidigt skede. En ”kick” är när formationstrycket på djupet av borrkronan är högre än den hydrostatiska höjden hos slammet ovanför, vilket, om det inte kontrolleras tillfälligt genom att stänga utblåsningsskydden och i slutändan genom att öka borrvätskans täthet, skulle göra det möjligt för formationsvätskor och lera att okontrollerat komma upp genom annullalen.
• Röret eller borrsträngen som borrkronan är fäst vid förlängs successivt när borrhålen blir djupare genom att ytterligare 9 m långa sektioner eller ”skarvar” skruvas in i röret under kelly- eller toppdrivaren vid ytan. Denna process kallas för att göra en anslutning. Den process som kallas ”tripping” innebär att man drar ut borrkronan ur hålet för att byta ut borrkronan (tripping out) och kör tillbaka in i hålet med en ny borrkrona (tripping in). För att effektivisera trippandet när man drar ut ur hålet kan man kombinera ledarna genom att skapa ställningar med flera ledar. En konventionell trippel skulle t.ex. dra ut röret ur hålet med tre skarvar i taget och stapla dem i borrhålet. Många moderna riggar, som kallas ”super singles”, tar ut röret en i taget och lägger ut det på ställningar under tiden.

Denna process underlättas av en borrigg som innehåller all nödvändig utrustning för att cirkulera borrvätskan, hissa och vrida röret, styra nedåt i hålet, avlägsna skärsatser från borrvätskan och generera kraft på plats för dessa operationer.

CompletionEdit

Modern borrigg i Argentina

Efter att brunnen har borrats och förpumpats måste den ”kompletteras”. Komplettering är den process genom vilken brunnen kan producera olja eller gas.

I en komplettering av ett hölje med hölje görs små hål, så kallade perforeringar, i den del av höljet som gått genom produktionszonen, för att ge oljan möjlighet att flöda från det omgivande berget in i produktionsslangen. Vid komplettering med öppet hål installeras ofta ”sandskärmar” eller ett ”gruspaket” i den sista borrade, oförhärdade reservoarsektionen. Dessa behåller borrhålets strukturella integritet i avsaknad av förband, samtidigt som de tillåter flöde från reservoaren in i borrhålet. Skärmar kontrollerar också migrationen av formationssand in i produktionsrör och utrustning på ytan, vilket kan orsaka spolning och andra problem, särskilt från okonsoliderade sandformationer i offshore-fält.

När en flödesväg har skapats kan syror och spräckningsvätskor pumpas in i brunnen för att spräcka, rengöra eller på annat sätt förbereda och stimulera reservoarberget så att det optimalt kan producera kolväten till brunnsborrhålen. Slutligen packas området ovanför brunnens reservoardel av i höljet och ansluts till ytan via ett rör med mindre diameter som kallas tubing. Detta arrangemang utgör en redundant barriär mot läckage av kolväten och gör det möjligt att ersätta skadade sektioner. Den mindre tvärsnittsytan hos rören producerar också reservoarvätskor med en ökad hastighet för att minimera vätskefall som skulle skapa ytterligare mottryck, och skyddar höljet från frätande brunnsvätskor.

I många brunnar är det naturliga trycket i den underjordiska reservoaren tillräckligt högt för att olja eller gas ska kunna flöda till ytan. Detta är dock inte alltid fallet, särskilt inte i utarmade fält där trycket har sänkts av andra producerande brunnar, eller i oljereservoarer med låg permeabilitet. Det kan räcka med att installera en slang med mindre diameter för att hjälpa produktionen, men det kan också behövas konstgjorda lyftmetoder. Vanliga lösningar är bland annat pumpar i borrhål, gaslyft eller pumphissar på ytan. Under de senaste tio åren har många nya system för brunnskomplettering införts. Flera packersystem med frac-portar eller portkragar i ett allt-i-ett-system har minskat kostnaderna för färdigställande och förbättrat produktionen, särskilt när det gäller horisontella borrhål. Dessa nya system gör det möjligt för höljen att löpa in i den laterala zonen med rätt placering av packer/fracport för optimal utvinning av kolväten.

ProductionEdit

Schematisk bild av en typisk oljekälla som produceras av en pumpjack, som används för att producera den återstående utvinningsbara oljan efter det att det naturliga trycket inte längre räcker till för att få upp oljan till ytan

Produktionsstadiet är det viktigaste stadiet i en brunns liv; När oljan och gasen produceras. Vid denna tidpunkt har de oljeriggar och workoverriggar som använts för att borra och färdigställa brunnen avlägsnat sig från borrhålet, och toppen är vanligtvis utrustad med en samling ventiler som kallas julgran eller produktionsträd. Dessa ventiler reglerar trycket, kontrollerar flödet och ger tillgång till borrhålet om ytterligare kompletteringsarbeten behövs. Från produktionsträdets utloppsventil kan flödet anslutas till ett distributionsnät av rörledningar och tankar för att leverera produkten till raffinaderier, naturgaskompressorstationer eller oljeexportterminaler.

Så länge trycket i reservoaren förblir tillräckligt högt är produktionsträdet allt som krävs för att producera brunnen. Om trycket sjunker och det anses vara ekonomiskt lönsamt kan en artificiell lyftmetod som nämns i avsnittet om kompletteringar användas.

Workovers är ofta nödvändiga i äldre brunnar, som kan behöva slangar med mindre diameter, avlägsnande av skal eller paraffin, arbeten med syramatris eller komplettering av nya intressanta zoner i en grundare reservoar. Sådana avhjälpande arbeten kan utföras med hjälp av workoverriggar – även kända som dragningsenheter, kompletteringsriggar eller ”serviceriggar” – för att dra och byta ut slangar, eller med hjälp av brunnsinterventionstekniker som utnyttjar spiralformade slangar. Beroende på typ av lyftsystem och brunnshuvud kan en stavrigg eller flushby användas för att byta ut en pump utan att dra ut rören.

Förbättrade återvinningsmetoder, t.ex. vatten-, ång- eller CO2-flooding, kan användas för att öka trycket i reservoaren och ge en ”svep”-effekt för att trycka ut kolväten ur reservoaren. Sådana metoder kräver användning av injektionsbrunnar (ofta valda från gamla produktionsbrunnar i ett noggrant bestämt mönster) och används när man står inför problem med tryckutarmning i reservoaren, hög oljeviskositet eller kan till och med användas tidigt i ett fälts livslängd. I vissa fall – beroende på reservoarens geomekanik – kan reservoaringenjörer komma fram till att den slutgiltigt utvinningsbara oljan kan ökas genom att tillämpa en vattenfyllningsstrategi tidigt i fältets utveckling i stället för senare. Sådana tekniker för ökad utvinning kallas ofta ”tertiär utvinning”.

UppläggningRedigera

En brunn sägs nå en ”ekonomisk gräns” när dess mest effektiva produktionshastighet inte täcker driftskostnaderna, inklusive skatter.

Den ekonomiska gränsen för olje- och gaskällor kan uttryckas med hjälp av dessa formler:

Oilfält:
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})}}}}.

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

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

är en oljekällas ekonomiska gräns i fat olja per månad (bbls/månad).
E L g a s {\displaystyle {EL}_{gas}}

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}}

produktions- och avskiljningsskatter, som en bråkdel.

När den ekonomiska gränsen höjs förkortas brunnens livslängd och bevisade oljereserver går förlorade. Omvänt, när den ekonomiska gränsen sänks förlängs brunnens livslängd.

När den ekonomiska gränsen nås blir brunnen en skuld och överges. Vissa övergivna brunnar täpps senare till och platsen återställs, men kostnaderna för sådana insatser kan uppgå till miljontals dollar. I denna process avlägsnas rören från brunnen och delar av borrhålen fylls med betong för att isolera flödesvägen mellan gas- och vattenzonerna från varandra och från ytan. Ytan runt brunnshuvudet grävs sedan upp, och brunnshuvudet och förhöljet skärs av, ett lock svetsas på plats och grävs sedan ner.

När den ekonomiska gränsen är nådd finns det ofta fortfarande en betydande mängd oåtervinningsbar olja kvar i reservoaren. Det kan vara frestande att skjuta upp den fysiska nedläggningen under en längre tid, i hopp om att oljepriset ska stiga eller att nya kompletterande utvinningstekniker ska fulländas. I dessa fall kommer tillfälliga pluggar att placeras i borrhålet och lås fästas vid brunnshuvudet för att förhindra manipulering. Det finns tusentals ”övergivna” brunnar i Nordamerika som väntar på att få se vad marknaden kommer att göra innan de permanent överges. Ofta kräver hyresbestämmelser och myndighetsföreskrifter en snabb nedläggning, och även ansvars- och skattefrågor kan gynna nedläggning.

I teorin kan en nedlagd brunn återinträdas och återställas till produktion (eller konverteras till injektionstjänst för kompletterande återvinning eller för lagring av kolväten i borrhålen), men det är ofta svårt och dyrt att återinträda i brunnsbrunnarna. Traditionellt har elastomer- och cementpluggar använts med varierande grad av framgång och tillförlitlighet. Med tiden kan de försämras, särskilt i korrosiva miljöer, på grund av de material som de är tillverkade av. Konventionella bryggpluggar har också mycket små expansionsförhållanden, vilket begränsar deras användning i brunnar med begränsningar. Alternativt har pluggar med hög expansion, t.ex. uppblåsbara packers, inte den differenstryckkapacitet som krävs för många brunnsavslutningar, och de ger inte heller en gastät förslutning. Nya verktyg har utvecklats som underlättar återinträde i borrhål. Dessa verktyg erbjuder högre expansionsförhållanden än konventionella bryggpluggar och högre differenstryck än uppblåsbara packers, samtidigt som de ger en V0-klassad, gastät tätning som cement inte kan ge.