الحفر الأفقي والحفر الموجه: آبار الغاز الطبيعي

المحتوى

• ما هو الحفر الموجه؟
• لماذا حفر الآبار التي هي غير عمودي؟
• الوحدات الصخرية التي تستفيد أكثر من الحفر الأفقي
• الحفر الأفقي والتكسير الهيدروليكي في الصخر الزيتي
• منهجية الحفر
• عقد إيجار جديد وفلسفة الملوك

الحفر الاتجاهي تحت المدينة: يمكن استخدام الحفر الاتجاهي للوصول إلى أهداف لا يمكن حفرها بئر رأسية. على سبيل المثال ، قد لا يكون من الممكن الحصول على تصريح حفر لبئر يقع داخل منطقة مأهولة بالسكان أو داخل حديقة. ومع ذلك ، يمكن حفر بئر خارج المنطقة أو المنطقة المأهولة بالسكان مباشرةً ثم توجيهها بشكل مباشر لضرب الهدف.

ما هو الحفر الموجه؟

معظم الآبار التي تم حفرها من أجل الماء أو الزيت أو الغاز الطبيعي أو المعلومات أو الأهداف الأخرى تحت السطحية هي آبار رأسية - يتم حفرها مباشرة إلى الأرض. ومع ذلك ، يمكن للحفر بزاوية غير رأسية الحصول على المعلومات وضرب الأهداف وتحفيز الخزانات بطرق لا يمكن تحقيقها من خلال بئر رأسية. في هذه الحالات ، تكون القدرة على توجيه البئر بدقة في الاتجاهات والزوايا الخارجة عن العمودي قدرة قيمة.

عندما يتم الجمع بين الحفر الموجه والتكسير الهيدروليكي ، فإن بعض وحدات الصخور التي كانت غير منتجة عند الحفر رأسياً يمكن أن تصبح منتجًا رائعًا للنفط أو الغاز الطبيعي. ومن الأمثلة على ذلك مارسيل شيل من حوض الأبلاش وتشكيل باكن في داكوتا الشمالية.

تقليل البصمة: منصة حفر واحدة يمكن استخدامها لحفر عدد من الآبار. هذا يقلل من البصمة لعمليات الحفر. في عام 2010 ، قامت جامعة تكساس في أرلينغتون بحفر 22 بئراً على منصة واحدة. هذه الآبار تستنزف الغاز الطبيعي من حوالي 1100 فدان تحت الحرم الجامعي. على مدار 25 عامًا ، من المتوقع أن تنتج الآبار ما مجموعه 110 مليارات قدم مكعب من الغاز الطبيعي. البديل هو حفر العديد من الآبار ، يتطلب كل منها منصة حفر وبركة وطريق وصول وخط تجميع.

لماذا حفر الآبار التي هي غير عمودي؟

تم استخدام الحفر الاتجاهي والأفقي للوصول إلى أهداف أسفل الأراضي المجاورة ، والحد من بصمة تطوير حقل الغاز ، وزيادة طول "منطقة الدفع" في بئر ، متقاطع الكسور ، وإنشاء آبار الإغاثة ، وتثبيت خدمة المرافق تحت الأراضي حيث الحفر مستحيل أو مكلف للغاية.

فيما يلي قائمة من ستة أسباب لحفر الآبار غير الرأسية. تم توضيحها بشكل بياني من خلال الرسومات الستة في هذه الصفحة.

ضرب أهداف لا يمكن الوصول إليها عن طريق الحفر الرأسي.

في بعض الأحيان يقع الخزان تحت مدينة أو حديقة حيث يكون الحفر مستحيلًا أو ممنوعًا. قد لا يزال يتم استغلال هذا الخزان إذا كانت منصة الحفر موجودة على حافة المدينة أو الحديقة ويتم حفر البئر بزاوية تتقاطع مع الخزان.

ب) استنزاف مساحة واسعة من منصة حفر واحدة.

تم استخدام هذه الطريقة لتقليل البصمة السطحية لعملية الحفر. في عام 2010 ، ظهرت جامعة تكساس في أرلينغتون في الأخبار لحفر 22 بئراً على منصة حفر واحدة ستصرف الغاز الطبيعي من 1100 فدان أسفل الحرم الجامعي. على مدار 25 عامًا ، من المتوقع أن تنتج الآبار ما مجموعه 110 مليارات قدم مكعب من الغاز. هذه الطريقة قللت إلى حد كبير من البصمة لتطوير الغاز الطبيعي داخل منطقة الحرم الجامعي.

تعظيم منطقة الدفع: إذا تم حفر بئر عمودي من خلال صخرة خزان بسمك 50 قدمًا ، فيمكن أن يتسرب الغاز الطبيعي أو النفط إلى البئر عبر 50 قدمًا خطيًا من "منطقة الدفع". ومع ذلك ، إذا تحول البئر إلى أفقي (أو الميل نفسه لوحدة الصخور) وحفر داخل تلك الوحدة الصخرية ، يمكن أن تكون مسافة الاختراق داخل منطقة الدفع أكبر بكثير. بعض الآبار الأفقية لديها أكثر من ميل واحد من اختراق منطقة الدفع.

خزان مكسور: تحتوي بعض الخزانات على معظم مسام المسام في شكل كسور. يجب أن تخترق الآبار الناجحة الكسور لتدفق الغاز الطبيعي إلى البئر. في العديد من المناطق الجغرافية ، يوجد اتجاه كسر سائد يتم من خلاله محاذاة معظم الكسور. إذا تم حفر البئر بشكل عمودي على مستوى هذه الكسور ، فسيتم اختراق أكبر عدد ممكن من الكسور.

ج) زيادة طول "منطقة الدفع" داخل وحدة الصخور المستهدفة.

إذا كان سمك وحدة الصخور خمسين قدمًا ، فستكون هناك بئر عمودية يتم حفرها من خلالها منطقة دفع يبلغ طولها خمسون قدمًا. ومع ذلك ، إذا تم تشغيل البئر وحفره أفقياً عبر وحدة الصخور لخمسة آلاف قدم ، فسيكون لهذا البئر الواحد منطقة دفع يبلغ طولها خمسة آلاف قدم - وهذا عادة ما يؤدي إلى زيادة إنتاجية كبيرة للبئر. عندما يقترن التكسير الهيدروليكي ، يمكن أن يعمل الحفر الأفقي على تحويل الصخر الزيتي إلى صخور خزان رائعة.

د) تحسين إنتاجية الآبار في خزان مكسور.

يتم ذلك عن طريق الحفر في اتجاه يتقاطع مع أكبر عدد ممكن من الكسور. يكون اتجاه الحفر عادةً عند الزوايا الصحيحة باتجاه اتجاه الكسر السائد. عادةً ما تحصل حقول الطاقة الحرارية الأرضية الموجودة في صخور الأساس من الغرانيت على ما يقرب من جميع المياه التي يتم تبادلها من الكسور. الحفر في الزوايا اليمنى إلى اتجاه الكسر السائد سيدفع البئر عبر أكبر عدد ممكن من الكسور.

ه) ختم أو تخفيف الضغط في بئر "خارج عن السيطرة".

إذا خرج البئر عن السيطرة ، يمكن حفر "بئر الإغاثة" لتقاطعها. يمكن استخدام البئر المتقاطع لإغلاق البئر الأصلي أو لتخفيف الضغط في البئر الخارج عن السيطرة.

F) تثبيت المرافق تحت الأرض حيث الحفر غير ممكن.

تم استخدام الحفر الأفقي لتثبيت خطوط الغاز والكهرباء التي يجب أن تعبر نهرًا أو تعبر طريقًا أو تسير تحت مدينة.

الإغاثة جيدا: إذا كانت هناك مشكلة في البئر وبدأت في التدفق خارج نطاق السيطرة ، فيجب غلقها بعمق أو تخفيف الضغط. في هذه الحالة ، يمكن حفر "بئر الإغاثة" من موقع قريب. سيكون بئر الإغاثة عبارة عن بئر تم حفرها بشكل مباشر ويتقاطع مع تجويف المشكلة جيدًا لاستنزاف بعض الضغط أو سد البئر عن طريق ضخ الأسمنت في التجويف.

الوحدات الصخرية التي تستفيد أكثر من الحفر الأفقي

يمكن للآبار العمودية أن تستنزف بشكل فعال الوحدات الصخرية التي تتمتع بنفاذية عالية للغاية. يمكن أن تتدفق السوائل في هذه الوحدات الصخرية بسرعة وكفاءة إلى بئر على مسافات طويلة.

ومع ذلك ، عندما تكون النفاذية منخفضة للغاية ، تتحرك السوائل ببطء شديد عبر الصخر ولا تسافر لمسافات طويلة للوصول إلى حفرة البئر. يمكن للحفر الأفقي زيادة الإنتاجية في الصخور منخفضة النفاذية من خلال جعل البئر أقرب بكثير من مصدر السائل.

خط المنفعة: يتم أحيانًا تثبيت خطوط خدمة المرافق مثل تلك التي توفر الكهرباء أو الماء أو الغاز الطبيعي عن طريق الحفر الموجه. يتم استخدام هذه الطريقة عندما يتعين عليهم عبور طريق تؤدي فيه الحفريات إلى تعطيل حركة المرور ، أو عبور نهر يكون التنقيب فيه مستحيلًا ، أو عرض مجتمع يكون فيه التثبيت السطحي عن طريق الحفر مكلفًا للغاية ويعطله.

الحفر الأفقي والتكسير الهيدروليكي في الصخر الزيتي

ربما كان الدور الأكثر أهمية الذي لعبه الحفر الأفقي في تطوير لعب الصخر الزيتي للغاز الطبيعي. تحتوي هذه الوحدات الصخرية المنخفضة النفاذية على كميات كبيرة من الغاز وهي موجودة تحت أجزاء كبيرة جدًا من أمريكا الشمالية.

ومن الأمثلة على ذلك بارنيت شيل في تكساس وفاييتفيل شيل في أركنساس وهاينزفيل شيل في لويزيانا وتكساس ومارسيلوس شيل في حوض الأبلاش. في هذه الوحدات الصخرية ، لا يتمثل التحدي في "إيجاد" الخزان ؛ يكمن التحدي في استعادة الغاز من المسام الصغيرة جدًا في وحدة صخرية منخفضة النفاذية.

لتحفيز إنتاجية الآبار في الصخر الزيتي الغني بالعضوية ، تقوم الشركات بالتنقيب أفقياً عبر وحدة الصخور ثم استخدام التكسير الهيدروليكي لإنتاج نفاذية اصطناعية مدعومة مفتوحة برمال فرك. إذا تم العمل معًا ، فإن الحفر الأفقي والتكسير الهيدروليكي يمكن أن يصنع بئرًا منتجة حيث ينتج البئر العمودي كمية صغيرة فقط من الغاز.

منهجية الحفر

تبدأ معظم الآبار الأفقية من السطح كبئر عمودي. يتقدم الحفر حتى يكون لقمة الحفر بضع مئات من الأقدام فوق وحدة الصخور المستهدفة. عند هذه النقطة يتم سحب الأنبوب من البئر ويتم توصيل محرك هيدروليكي بين لقمة الحفر وأنبوب الحفر.

يتم تشغيل المحرك الهيدروليكي عن طريق تدفق طين الحفر أسفل أنبوب الحفر. يمكن أن تدور لقمة الحفر دون تدوير طول أنبوب الحفر بالكامل بين القطعة والسطح. يتيح ذلك للبت أن يحفر مسارًا ينحرف عن اتجاه أنبوب الحفر.

بعد تثبيت المحرك ، يتم خفض البتة والأنبوب إلى أسفل البئر ، ويقوم المثقاب بتدوير المسار الذي يوجه البئر من العمودي إلى الأفقي على مسافة بضع مئات من الأقدام. بمجرد توجيه البئر إلى الزاوية المناسبة ، يستأنف الحفر المباشر للأمام ويتبع البئر وحدة الصخور المستهدفة. يتطلب الحفاظ على البئر في وحدة صخرية رقيقة تنقلًا دقيقًا. يتم استخدام أدوات قاع البئر لتحديد سمت واتجاه الحفر. يتم استخدام هذه المعلومات لتوجيه مثقاب.

الحفر الأفقي مكلف. عند الجمع بين التكسير الهيدروليكي ، يمكن أن تصل تكلفة البئر إلى ثلاثة أضعاف تكلفة حفر بئر عمودي. عادة ما يتم استرداد التكلفة الإضافية بزيادة الإنتاج من البئر. هذه الطرق يمكن أن تضاعف ناتج الغاز الطبيعي أو النفط من البئر. العديد من الآبار المربحة ستكون إخفاقات بدون هذه الأساليب.

عقد إيجار جديد وفلسفة الملوك

في إنتاج الغاز من بئر عمودي ، يتم إنتاج الغاز تحت قطعة واحدة من الممتلكات. معظم الدول لديها قواعد راسخة لحقوق المعادن تحكم ملكية الغاز المنتج من الآبار العمودية. يتم مشاركة الغاز في كثير من الأحيان من قبل جميع ملاك الأراضي في كتلة من الأرض أو على مسافة نصف قطرها من البئر المنتجة.

تقدم الآبار الأفقية متغيرًا جديدًا: يمكن للبئر الواحدة أن تخترق وتنتج الغاز من طرود متعددة مع مالكيها المختلفين. كيف يمكن تقاسم الإتاوات من هذا الغاز إلى حد ما؟ عادة يتم الإجابة على هذا السؤال قبل الحفر من خلال مجموعة من القواعد الحكومية واتفاقيات تقاسم الملكية الخاصة. يمكن أن تكون كيفية تقسيم حقوق الامتياز وكيف يتم التعامل مع أصحاب الأراضي "المعزولين" أكثر تعقيدًا من البئر الرأسية.