Contenuto
- Che cos'è la perforazione direzionale?
- Perché perforare pozzi non verticali?
- Unità rocciose che beneficiano maggiormente della perforazione orizzontale
- Foratura orizzontale e fratturazione idraulica in scisti
- Metodologia di perforazione
- Una nuova filosofia di leasing e royalty
Perforazione direzionale in città: La perforazione direzionale può essere utilizzata per raggiungere obiettivi che non possono essere perforati con un pozzo verticale. Ad esempio, potrebbe non essere possibile ottenere un permesso di perforazione per un pozzo situato in un'area popolata o all'interno di un parco. Tuttavia, un pozzo potrebbe essere perforato appena fuori dall'area popolata o dal parco e quindi orientato direzionalmente per colpire il bersaglio.
Che cos'è la perforazione direzionale?
La maggior parte dei pozzi perforati per acqua, petrolio, gas naturale, informazioni o altri obiettivi del sottosuolo sono pozzi verticali - perforati direttamente nella terra. Tuttavia, la perforazione ad un angolo diverso dalla verticale può ottenere informazioni, colpire obiettivi e stimolare i serbatoi in modi che non possono essere raggiunti con un pozzo verticale. In questi casi, una capacità di guidare con precisione il pozzo in direzioni e angoli che si discostano dalla verticale è un'abilità preziosa.
Quando la perforazione direzionale è combinata con la fratturazione idraulica, alcune unità rocciose che erano improduttive se perforate verticalmente possono diventare fantastici produttori di petrolio o gas naturale. Esempi sono Marcellus Shale of the Appalachian Basin e Bakken Formation of North Dakota.
Ridurre al minimo l'ingombro: È possibile utilizzare una piattaforma di perforazione per perforare un numero di pozzi. Ciò riduce l'impronta delle operazioni di perforazione. Nel 2010 l'Università del Texas ad Arlington ha perforato 22 pozzi su un'unica piattaforma. Questi pozzi stanno drenando il gas naturale da circa 1100 acri sotto il campus. Per una durata di 25 anni, i pozzi dovrebbero produrre un totale di 110 miliardi di piedi cubi di gas naturale. L'alternativa sarebbe quella di perforare molti pozzi, ognuno dei quali richiede una piattaforma di perforazione, un laghetto, una strada di accesso e una linea di raccolta.
Perché perforare pozzi non verticali?
La perforazione direzionale e orizzontale è stata utilizzata per raggiungere obiettivi sotto le terre adiacenti, ridurre l'impronta dello sviluppo del campo di gas, aumentare la lunghezza della "zona di pagamento" in un pozzo, intersecare deliberatamente fratture, costruire pozzi di soccorso e installare servizi di utilità sotto le terre dove lo scavo è impossibile o estremamente costoso.
Di seguito è riportato un elenco di sei motivi per la perforazione di pozzi non verticali. Sono illustrati graficamente dai sei disegni in questa pagina.
A) Colpisci bersagli che non possono essere raggiunti con la perforazione verticale.
A volte un serbatoio si trova sotto una città o un parco in cui la perforazione è impossibile o vietata. Questo serbatoio potrebbe ancora essere sfruttato se la piattaforma di perforazione si trova ai margini della città o del parco e il pozzo viene perforato con un angolo che intersecherà il serbatoio.
B) Drenare un'ampia area da una singola piattaforma di perforazione.
Questo metodo è stato utilizzato per ridurre l'impronta superficiale di un'operazione di perforazione. Nel 2010, l'Università del Texas ad Arlington è stata descritta nelle notizie per la perforazione di 22 pozzi su un singolo trapano che drenerà gas naturale da 1100 acri sotto il campus. Per una durata di 25 anni, i pozzi dovrebbero produrre un totale di 110 miliardi di piedi cubi di gas. Questo metodo ha ridotto significativamente l'impronta dello sviluppo di gas naturale nell'area del campus.
Massimizza la zona di pagamento: Se un pozzo verticale viene perforato attraverso una roccia del serbatoio di 50 piedi di spessore, il gas naturale o il petrolio possono penetrare nel pozzo attraverso 50 piedi lineari di "zona di pagamento". Tuttavia, se il pozzo viene ruotato in orizzontale (o con la stessa inclinazione dell'unità di roccia) e perforato all'interno di quell'unità di roccia, la distanza di penetrazione all'interno della zona di pagamento può essere molto maggiore. Alcuni pozzi orizzontali hanno oltre un miglio di penetrazione nella zona di pagamento.
Serbatoio fratturato: Alcuni serbatoi hanno la maggior parte dei loro spazi dei pori sotto forma di fratture. I pozzi riusciti devono penetrare nelle fratture per avere un flusso di gas naturale nel pozzo. In molte aree geografiche esiste una direzione di frattura dominante lungo la quale la maggior parte delle fratture sono allineate. Se il pozzo viene perforato perpendicolarmente al piano di queste fratture, verrà penetrato un numero massimo di fratture.
C) Aumenta la lunghezza della "zona di pagamento" all'interno dell'unità rocciosa bersaglio.
Se un'unità di roccia ha uno spessore di cinquanta piedi, un pozzo verticale perforato attraverso di essa avrebbe una zona di pagamento lunga cinque metri. Tuttavia, se il pozzo viene girato e perforato orizzontalmente attraverso l'unità di roccia per cinquemila piedi, quel singolo pozzo avrà una zona di pagamento lunga cinquemila piedi - questo di solito comporterà un aumento significativo della produttività per il pozzo. In combinazione con la fratturazione idraulica, la perforazione orizzontale può convertire scisti non produttivi in fantastiche rocce di giacimento.
D) Migliorare la produttività dei pozzi in un serbatoio fratturato.
Questo viene fatto perforando in una direzione che interseca un numero massimo di fratture. La direzione di perforazione sarà normalmente ad angolo retto rispetto alla direzione di frattura dominante. I campi geotermici nella roccia di granito di solito ottengono quasi tutto il loro scambio idrico da fratture. La perforazione ad angolo retto rispetto alla direzione della frattura dominante sposterà il pozzo attraverso un numero massimo di fratture.
E) Sigillare o scaricare la pressione in un pozzo "fuori controllo".
Se un pozzo è fuori controllo, un "pozzo di rilievo" può essere perforato per intersecarlo. Il pozzo intersecante può essere utilizzato per sigillare il pozzo originale o per scaricare la pressione nel pozzo fuori controllo.
F) Installare utility sotterranee dove non è possibile scavare.
La perforazione orizzontale è stata utilizzata per installare linee di gas ed elettriche che devono attraversare un fiume, attraversare una strada o viaggiare sotto una città.
Rilievo bene: Se un pozzo ha un problema e inizia a fuoriuscire dal controllo, deve essere sigillato in profondità o la pressione deve essere alleviata. In questa situazione, un "pozzo di soccorso" può essere perforato da un sito vicino. Il pozzo di rilievo sarà un pozzo trivellato direzionalmente che interseca il foro del problema per scaricare parte della pressione o tappare il pozzo pompando cemento nel foro.
Unità rocciose che beneficiano maggiormente della perforazione orizzontale
I pozzi verticali possono drenare efficacemente le unità rocciose che hanno una permeabilità molto elevata. I fluidi in queste unità rocciose possono fluire rapidamente ed efficientemente in un pozzo su lunghe distanze.
Tuttavia, dove la permeabilità è molto bassa, i fluidi si muovono molto lentamente attraverso la roccia e non percorrono lunghe distanze per raggiungere un pozzo. La perforazione orizzontale può aumentare la produttività nelle rocce a bassa permeabilità avvicinando il foro del pozzo molto più vicino alla fonte del fluido.
Linea di utilità: Le linee di servizio come quelle che forniscono elettricità, acqua o gas naturale sono talvolta installate mediante perforazione direzionale. Questo metodo viene utilizzato quando devono attraversare una strada in cui gli scavi interrompono il traffico, attraversano un fiume in cui gli scavi sono impossibili o attraversano una comunità in cui l'installazione superficiale mediante scavo sarebbe estremamente costosa e distruttiva.
Foratura orizzontale e fratturazione idraulica in scisti
Forse il ruolo più importante svolto dalla perforazione orizzontale è nello sviluppo dei giochi di scisto gassoso naturale. Queste unità rocciose a bassa permeabilità contengono quantità significative di gas e sono presenti sotto parti molto grandi del Nord America.
Il Barnett Shale del Texas, il Fayetteville Shale dell'Arkansas, lo Haynesville Shale della Louisiana e del Texas e il Marcellus Shale del bacino degli Appalachi sono esempi. In queste unità rocciose la sfida non è "trovare" il serbatoio; la sfida è recuperare il gas da minuscoli spazi dei pori in un'unità rocciosa a bassa permeabilità.
Per stimolare la produttività dei pozzi negli scisti ricchi di organici, le aziende perforano orizzontalmente l'unità rocciosa e quindi utilizzano la fratturazione idraulica per produrre una permeabilità artificiale che viene sostenuta dalla sabbia frac. Fatti insieme, la perforazione orizzontale e la fratturazione idraulica possono creare un pozzo produttivo in cui un pozzo verticale avrebbe prodotto solo una piccola quantità di gas.
Metodologia di perforazione
La maggior parte dei pozzi orizzontali inizia in superficie come un pozzo verticale. La perforazione procede fino a quando la punta del trapano si trova a qualche centinaio di metri sopra l'unità di roccia bersaglio. A quel punto il tubo viene estratto dal pozzo e un motore idraulico è attaccato tra la punta e il tubo di perforazione.
Il motore idraulico è alimentato da un flusso di fango di perforazione lungo il tubo di perforazione. Può ruotare la punta del trapano senza ruotare l'intera lunghezza del tubo tra la punta e la superficie. Ciò consente alla punta di perforare un percorso che si discosta dall'orientamento del tubo di perforazione.
Dopo aver installato il motore, la punta e il tubo vengono abbassati di nuovo nel pozzo e la punta perfora un percorso che dirige il foro del pozzo dalla verticale all'orizzontale per una distanza di alcune centinaia di piedi. Una volta che il pozzo è stato orientato nell'angolazione corretta, la perforazione diretta riprende e il pozzo segue l'unità di roccia bersaglio. Mantenere il pozzo in un'unità di roccia sottile richiede un'attenta navigazione. Gli strumenti a fondo pozzo vengono utilizzati per determinare l'azimut e l'orientamento della perforazione. Queste informazioni vengono utilizzate per guidare la punta del trapano.
La perforazione orizzontale è costosa. In combinazione con la fratturazione idraulica, un pozzo può costare fino a tre volte di più per piede rispetto alla perforazione di un pozzo verticale. Il costo aggiuntivo viene generalmente recuperato dall'aumento della produzione dal pozzo. Questi metodi possono moltiplicare la resa di gas naturale o petrolio da un pozzo. Molti pozzi redditizi sarebbero fallimenti senza questi metodi.
Una nuova filosofia di leasing e royalty
Nella produzione di gas da un pozzo verticale, il gas viene prodotto sotto una singola parcella di proprietà. La maggior parte degli stati ha regole consolidate in materia di diritti minerari che regolano la proprietà del gas prodotto da pozzi verticali. Il gas è spesso condiviso da tutti i proprietari terrieri in un blocco di terra o in un raggio di distanza dal pozzo di produzione.
I pozzi orizzontali introducono una nuova variabile: un singolo pozzo può penetrare e produrre gas da più pacchi con proprietari diversi. In che modo i canoni di questo gas possono essere equamente condivisi? A questa domanda viene normalmente fornita una risposta prima di approfondire una combinazione di regole governative e accordi privati di condivisione delle royalties. Il modo in cui i canoni sono divisi e il modo in cui i proprietari terrieri "trattenuti" vengono trattati possono essere più complessi che con un pozzo verticale.