Suche nach neuen P & A-Alternativen

Interwells Thermit-Barriere-Technologie (Bild: Interwell)

Das P & A-Spektrum ist groß und die Herausforderungen vielfältig. Es ist auch eine Aktivität, die zunimmt. Im Jahr 2017 wurden zum ersten Mal mehr Bohrlöcher in der britischen Nordsee aufgegeben (ungefähr 160) als neue Bohrlöcher gebohrt (weniger als 100), da die Felder das Ende ihrer produktiven Lebensdauer erreichen. Hier sollen in den nächsten 10 Jahren rund 1.400 Brunnen verstopft und stillgelegt werden. Es ist ein kostspieliges Unterfangen ohne wirtschaftliche Rendite.

Der UKCS Decommissioning 2019 Cost Estimation Report der UK Oil & Gas Authority (OGA) besagt, dass die P & A-Aktivität schätzungsweise 44% der Stilllegungskosten ausmacht (gegenüber 48% im Jahr 2016). Es ist zu hoffen, dass die Rechnung um 35% gesenkt werden kann. Es werden Fortschritte gemacht. Der Kostenschätzungsbericht besagt, dass die P & A-Kosten von einem verbesserten Umfang der erforderlichen Arbeiten und einer besseren Ausführungspraxis profitiert haben, während Unterwasserbrunnen von zyklisch niedrigen Raten für Bohranlagen / Schiffe profitiert haben. Aber die Kosten schwanken immer noch und es muss und kann noch mehr getan werden.

Das Oil & Gas Technology Center (OGTC), eine öffentlich finanzierte Einrichtung mit Sitz in Aberdeen, die mit der Technologieentwicklung beauftragt ist, unterstützt verschiedene Projekte. Malcolm Banks, Leiter des Well Construction Solution Centers beim OGTC, sagt: „Die Abbrucharbeiten nehmen an Umfang zu und der Umfang ist sehr bedeutend. Dies war einer der ersten Bereiche, den die Branche ansprechen wollte (als das OGTC im Jahr 2016 gegründet wurde). “Hauptziele sind mehr rigorose Abbruchtechnologien, die Reduzierung des Umfangs und alternative Barrierematerialien als Ersatz für lange Zementstopfen Dies würde wiederum den Umfang und die Abhängigkeit von Bohrinseln verringern.

"In der Vergangenheit war Zement der Standard, aber er ist nicht perfekt", sagt Banks. Das Einsetzen über lange Brunnenabschnitte kann zeitaufwändig und herausfordernd sein. „Die Industrie sucht also nach Alternativen und wirtschaftlich umsetzbaren Lösungen.“ Das Ziel sind Stecker, die schneller und einfacher zu platzieren sind und eine mindestens so gute Integrität aufweisen wie Zement. Das bedeutet auch, einfachere Wege zu finden, um Hindernisse zu beseitigen. "Historisch gesehen bedeutet dies, dass ganze Röhren, Fertigstellungen und das Schneiden und Ziehen von Gehäusen entfernt werden müssen. Dies kann Wochen dauern", sagt Banks. „Wir schauen uns also an, wie Abschnitte mit thermischen oder mechanischen Mitteln geschnitten oder entfernt werden können.

„Eine weitere Herausforderung besteht darin, den Zustand und die Integrität des ihn umgebenden Brunnens und der Geologie zu verstehen. Viele Brunnen haben drei- oder viermal den Besitzer gewechselt, und Informationen gehen verloren. Diese Informationen können jedoch dazu beitragen, Risiken und Unsicherheiten zu verringern. Wir betrachten also billige interne Umfragen im Vorfeld und die Modellierung mithilfe von Daten und Datenanalysen, um Risiken und Unsicherheiten zu verringern. “

Spirit Energy hat in Großbritannien Onshore- und Offshore-Versuche mit Thermit-Steckern durchgeführt. (Foto: Geisterenergie)

Feldversuche
Eine Reihe von Projekten befindet sich im Feldversuch. Beispielsweise unterstützte das OGTC zwei Feldversuche des Betreibers Spirit Energy of Thermit - eine pyrotechnische Zusammensetzung aus Metallpulver und Metalloxid -, um eine Barriere zu bilden, indem Röhren und Ummantelungen des Formationsgesteins verbrannt werden. So wurde die Thermit-Technologie des norwegischen Unternehmens Interwell im Jahr 2018 in einem Bohrloch in Caythorpe, England, und Anfang dieses Jahres auch auf der Audrey-Plattform in der südlichen Nordsee eingesetzt.

Das OGTC unterstützt auch die Arbeit mit BiSN, das von BP unterstützt wird, und untersucht die Qualifizierung der Wismutlegierung als Barrierematerial, gefolgt von einem möglichen Einsatz. Wie in Offshore Engineer (Januar 2019) berichtet, verwendet BiSN mit Sitz in England eine Wismutlegierung, die mit einem Thermit-Heizer in ein Loch eingeschmolzen wird. Wenn es aushärtet, ist die Wismutlegierung insofern einzigartig, als sie sich ausdehnt. BiSN, dessen Name im Periodensystem von Bi für Wismut und Sn für Zinn stammt, hat bereits einen Versuch mit Aker BP in Norwegen durchgeführt, wie wir im Januar berichteten. Ein weiteres Unternehmen, das sich mit der Verwendung von Legierungen befasst, die über Rohre an elektrischen Leitungen oder Slicklines verlegt werden und mit Thermit als Zementersatz im Bohrloch eingesetzt werden, ist Isol8 in Aberdeen, das vom ehemaligen Interwell-Geschäftsführer Andrew Louden geleitet wird. Isol8 arbeitet auch mit dem OGTC zusammen und sucht nach Gelegenheiten für Feldversuche.

Unabhängig davon entwickelt Rawwater in England expandierende Wismutlegierungen als Dichtungselemente. Die Arbeit des Unternehmens mit Wismut (das als „Manipulation von geschmolzenem Metall“ bezeichnet wird) geht auf das Jahr 2000 zurück, als das Material in Prüfständen zur Simulation von Kühlkreisläufen von Atom-U-Booten verwendet wurde. Nach einem Treffen mit einem Ölmajor im selben Jahr richtete das Unternehmen seine Aufmerksamkeit auf P & A, wobei ein von der kanadischen Firma SealWell für die Schwerölgewinnung entwickeltes elektrisches Bohrlochheizgerät und eine Bohrlochtelemetrie zur Steuerung der Heizung eingesetzt wurden. Laut Prof. Bob Eden, dem Geschäftsführer von Rawwater, wurden 2010 in Alberta schließlich zwei Teststopfen in Bohrungen eingesetzt. Seitdem arbeitet das Unternehmen an der Technologie und führt eine Reihe von Forschungsprojekten durch. Die erste konzentrierte sich auf 4-Zoll-Stecker, die an Land eingesetzt wurden, aber die anschließende Druckprüfung wurde durch Korrosion des Gehäuses durch die Wand behindert. Die zweite zielte auf die Offshore-Bereitstellung von 7-Zoll-Steckern in Zusammenarbeit mit OTM und anschließend mit dem Industry Technology Facilitator in Großbritannien ab, die von Shell, Nexen, Equinor und ConocoPhillips unterstützt wurden und sich auf die Bismutlegierungsmetallurgie konzentrierten, um eine Lebensdauer von 3.000 Jahren zu erreichen. Im Jahr 2016 startete das Unternehmen ein Projekt von Innovate UK, das sich auf die Entwicklung von Hochtemperaturlegierungen für Mittel- und Hochtemperaturbohrlöcher konzentriert und auch mit dem Oil & Gas Innovation Center (OGIC) und der Aberdeen University zusammenarbeitet.

Im Jahr 2010 setzte Rawwater einen Wismutstopfen an Land in Alberta. (Foto: Rohwasser)

Das Projekt wurde kürzlich abgeschlossen und das Ergebnis sind zwei Legierungen, Alloy 80 und Alloy 150, die einem Kriechen auf 80 ° C bzw. 150 ° C widerstehen und Korrosion in sauren Umgebungen widerstehen. Beide Legierungen wurden von Bureau Veritas als für die Lebensdauer von 3.000 Jahren geeignet zertifiziert. Rawwater hat kürzlich eine Partnerschaft mit dem britischen Ingenieurbüro Astrimar geschlossen und sucht nach Partnern für die Durchführung von Versuchen nach Werkstatttests im Werk des Unternehmens in Culcheth, England. Unterdessen treibt Rawwater die Technologie zur Abdichtung von Mikrorissen in kerntechnischen Anlagen weiter voran.

Einige glauben, dass Zement einfach nicht ausreicht. Prof. Brian Smart von Encompass ICOE, einer in Edinburgh ansässigen Gesundheits-, Sicherheits- und Umweltressource für die Offshore-Industrie, sagt: „Wir glauben, dass Zement als Pfropfenmaterial langfristig nicht ausreicht, ein anerkannter Grund dafür ist seine chemische Verschlechterung. Der andere Grund ist seine Reaktion auf Bodenbewegungen - wie das Absinken des Reservoirs oder seine Umkehrung beim Wiederaufladen des Reservoirs -, die den starren Zement belasten, ihn aufbrechen und seine Unversehrtheit als Stopfen zerstören. Richard Stark von derselben Organisation sagt: „Eines der Probleme ist, dass es nur sehr wenige Informationen über die Beschädigung von Steckern in situ gibt. Integritätsprobleme sind jedoch in jedem Becken aufgrund von Korrosion des Stahls oder Verlust der Integrität des Zements aufgetreten. Mit diesen beiden Materialien ist es das, was sich für die Zukunft anbietet. “

Sie haben eine Idee für ein alternatives Plug-Material: Quick Clay. Es handelt sich um einen natürlich vorkommenden Ton, der in Skandinavien und Nordamerika vorkommt und seit vielen Jahren mit Halit oder Salz ausgewaschen wird. Ohne das Salz bleibt es thixotrop - dh es neigt beim Schütteln zur Verflüssigung. Diese Eigenschaft würde bedeuten, dass sie Bodenbewegungseffekte aufnehmen würde, ohne Bentonit zu knacken. Sie hat ähnliche Eigenschaften und wurde getestet, aber da sie aufquillt (im Gegensatz zu schnellem Ton), kann sie den Brunnen brechen, sagt Dr. Carl Fredrik Gyllenhammar, der mit Encompass zusammenarbeitet ICOE und betreibt das norwegische Unternehmen Cama GeoScience, das Forschungsgelder erhielt, um dieses Konzept am Internationalen Forschungsinstitut von Stavanger und der Universität von Stavanger zu testen.

Schneller Ton verflüssigt sich beim Rühren (Foto: Encompass ICOE)

Kleben mit Zement
Einige Unternehmen wollen am Zement festhalten, ihn aber verbessern. Well-Set mit Sitz in Norwegen befasst sich mit magnetorheologischem Zement. Dazu wird traditioneller Zement verwendet, aber die Einstellung der Rheologie wird genauer gesteuert, indem der Zement mit magnetischen Partikeln imprägniert und dann mit einem Magnetfeld platziert wird, so Banks. Es ähnelt einem Verfahren bei der Fahrzeugfederung, bei dem ein Magnetfeld die Federungshydraulik für den „Sportmodus“ härtet. Das OGTC hat eine Desktop-Studie mit Well-Set unterstützt und geht nun zu einem von ConocoPhillips unterstützten Phase-2-Projekt über, das umfassende Tests und Bench-Tests umfasst.

An der University of Strathclyde in Glasgow werden derzeit nanopartikuläre Silikat- und Biogrout-Technologien untersucht. "Zement wird im Laufe der Zeit schrumpfen, reißen und sich zersetzen", sagt Banks. „Die Fähigkeit des Rings, die Barriere langfristig zu erhalten, ist ein Problem für die Industrie.“ Vor allem, weil es keine Möglichkeit gibt, sie zu reparieren. Daher werden Ideen aus dem Tiefbau geprüft, einschließlich Biogrout, bei dem Enzyme verwendet werden, die Calciumcarbonat im Bohrloch ablagern. „Das nanopartikuläre Silikat dringt unterdessen in den Zement oder in Risse ein, wo es geliert, und hat zwar keine Druckfestigkeit“, sagt Banks fließen."

Eine weitere anpassungsfähige Zementtechnologie wird von Resolute Energy Solutions aus Großbritannien entwickelt. Das Unternehmen testet Additive in Zement, die sich im Bohrloch ausdehnen, um ein Schrumpfen zu vermeiden. Sie nehmen am TechX-Programm des OGTC teil, um ihre Arbeit zu beschleunigen.

Testen, testen, testen
Eine Herausforderung für neue Designbrunnen-Barrierematerialien sind die Kriterien, die sie erfüllen müssen. Zement wird seit Jahrzehnten verwendet und ist der Standard, auch wenn er nicht perfekt ist, wie einige behaupten. Wenn andere Materialien verwendet werden sollen, müssen sie nachgewiesen werden. Eine Herausforderung ist genau das, was sie nachweisen müssen.

Eine weitere Herausforderung besteht darin, dass die aktuellen Kriterien für Bohrlochsperrmaterialien auf Zement basieren. „Wenn wir bei Zement die gleiche Prüfung anwenden würden, die auch für neue Materialien gilt, hätten Zementstopfen Probleme“, sagt Brian Willis, Forschungs- und Entwicklungsingenieur bei Astrimar. „Die Anforderungen werden immer noch sehr konkret formuliert. Die Qualifizierung erfolgt anhand der Werte und der Festigkeit von Zement und nicht anhand der Funktionsweise eines Stopfens als Barriere. Es wird nicht genug getan, um zu verstehen, wie neue Stopfen ausfallen und wie sich dies auf die Leistung beim Verschließen eines Bohrlochs und beim Verbleiben auswirken kann. Das bedeutet, dass es Materialien gibt, die empfohlene Qualifizierungs- und Feldversuche durchlaufen haben und bei denen derzeit Probleme auftreten. Es ist schwierig festzustellen, was falsch läuft, da die frühen Qualifizierungstests nicht so umfangreich waren, wie sie möglicherweise tatsächlich erforderlich sind. “

Astrimar hat ein STEM-Flow Predictive Analysis Tool entwickelt, mit dessen Hilfe die Lebensdauer von Barrierematerialien und P & A-Konstruktionen abgeschätzt werden kann. Es basiert auf einer Datenbank von Materialien, einschließlich Zement, die Astrimar nach umfangreichen Datenerfassungen erstellt hat. Es wurde im Rahmen der Produktentwicklung von Rawwater eingesetzt. „Durch die Hinzufügung umfassender TRL4-Tests konnte die prognostizierte Lebensdauer der Wismutlegierung im Vergleich zu Cap Rock erheblich verbessert werden“, sagt Willis. Er betont jedoch, dass es nicht nur um das Material geht, das eingesetzt wird, sondern auch um die Schnittstellen zwischen dem Material und der Versiegelung. "In Wirklichkeit hat die Branche die wahren Risiken noch nicht vollständig quantifiziert." Er sagt: "Die Regulierungsbehörde muss sich damit auseinandersetzen, was wahrscheinlich auf den Druck der gesamten Gesellschaft zurückzuführen ist." Fragen, inwieweit ein Leck zulässig wäre, da es sich um ein natürliches Leck aus dem Meeresboden handelt, das mit keiner Ölfeldaktivität in Zusammenhang steht.

Rawwater hat sich auf umfangreiche Werkstatttests in seinem Werk in England konzentriert. (Foto: Rohwasser)

Eine neue (Test-) Anlage
Das kürzlich geschaffene National Decommissioning Center (NDC), das vom Oil & Gas Technology Center mit der University of Aberdeen finanziert wird, plant den Bau einer Testkammer in seinem in Newburgh ansässigen Zentrum in der Nähe von Aberdeen, die Barrierematerialien auf die Probe stellen könnte.

Mit Mitteln aus dem Decommissioning Challenge Fund der schottischen Regierung beauftragte das NDC das in Aberdeen ansässige Ingenieurbüro Apollo Offshore Engineering mit der Konstruktion eines Bohrgeräts, in dem Barrierematerialien bis 150 ° C und 10.000 psi getestet werden konnten und das 80% des britischen Festlandsockels (UKCS) abdeckt. Brunnen. In der Testkammer mit einem Innendurchmesser von 20 Zoll können Kartuschen untergebracht werden, die auf wiederholbare Weise die verschiedenen Ringe in einem Bohrloch mit verschiedenen Rohr- und Gehäuseanordnungen (bis zu 18 Zoll Durchmesser) simulieren können. Es wurde auch entwickelt, um den Zufluss aus dem Bohrloch oder Gestein und den Rückfluss durch den Ringraum zu simulieren. Es hätte sogar eine Slickline-Schnittstelle für die Ausrüstung, um die tatsächlichen Bedingungen im Bohrloch nachzuahmen.

Dr. Richard Neilson, der an dem Projekt gearbeitet hat, sagt, dass es eine ziemlich einzigartige Testanlage sein würde, die unter Einbezug der Industrie entwickelt wurde, einschließlich der Alternative Barrier Material Collaboration Group des OGTC, zu der Entwickler und Betreiber gehören.

"Es werden eine Reihe von Barrieretechnologien entwickelt, darunter die Verwendung von Thermit und Thermit in Kombination mit Wismutlegierungen sowie Harz und Zunder", sagt Dr. Neilson. „Sobald es in einem Bohrloch abgelaufen ist, können Sie es testen, z. B. Instrumente ablegen, z. B. Druckmesswandler oben und unten. Aber irgendwann wollen Sie sehen, was passiert. Wir können einen Stecker setzen und unter Druck testen und dann untersuchen; die Morphologie dessen, was erzeugt wurde. Das zu können, hat einen großen Vorteil. Sie können zeigen, dass diese Materialien das leisten, was unter Bohrlochbedingungen erwartet wurde. “

Die Untersuchung der Materialien kann an der Universität mithilfe von Computertomographen (CT), in die in den letzten Jahren investiert wurde, noch weiter gehen, sodass die Porosität des Materials sichtbar wird. Die nächste Herausforderung ist die Finanzierung, um dies zu verwirklichen. Nach Angaben von Dr. Neilson könnte der Bau in etwa 18 Monaten abgeschlossen sein.

Das Design des P & A-Materialprüfstands des National Decommissioning Center. (Bild: NDC)

Mechanisch werden
Im Bereich der Bohrlochplatzierung unterstützte das OGTC die ersten Arbeiten mit Oilfield Innovations, einem in Aberdeen ansässigen Startup, das nach Möglichkeiten zum Schneiden und Verdichten von Rohren sucht, damit Abschnitte von Gestein zu Gestein geöffnet werden können, ohne das Material aus dem Bohrloch zu entfernen. 2017 führte das Unternehmen Versuche mit dem Konzept durch und arbeitete im vergangenen Jahr mit der Universität von Strathclyde zusammen, um einige der Prozesse besser zu verstehen.

Das OGTC arbeitet auch mit dem in Aberdeen ansässigen Unternehmen SPEX in einer Phase der Systementwicklung zusammen, in der vor dem Prüfstand Tests durchgeführt wurden, um mithilfe von Sprengstoff gezielt Abschnitte zu zerkleinern, die dann in den Schacht fallen würden. Das OGTC unterstützt auch ein anderes Unternehmen aus Aberdeen, Deep Casing Tools, bei der Entwicklung seines Casing Cement Breaker-Werkzeugs - einer Art Exzenterwalze, die im Bohrloch ausgeführt wird, um die Hülle zu verformen und den Zement aufzubrechen. Die Technologie wurde Anfang dieses Jahres in einem Test mit Equinor vor der Küste getestet. Das Ziel des OGTC-Projekts ist es, es zu einem One-Trip-Werkzeug zu machen, das in der Lage ist, Zement zu schneiden, zu zersetzen und dann in einem Arbeitsgang zu verriegeln.

Und es gibt noch mehr. Das TechX-Beschleunigerprogramm des OGTC hat auch Sentinel Subsea in seinen Büchern - ein Unternehmen, das eine Kohlenwasserstoff-Schnüffeltechnologie entwickelt, die alle Spuren einer vorab platzierten Substanz erkennt, die unter der Bohrlochsperre ausgetreten ist. Bei der Entdeckung würde ein Signal an Land gesendet werden, in dem vermerkt wird, woher das Leck im Brunnen kam.

Es ist viel los, viel mehr zu tun und viele Fragen zu beantworten. Zum Glück gibt es viele Menschen, die versuchen, und es kommt noch viel mehr.

(Bild: Interwell)