1. No category

Foto: Stockbyte/Getty Images
Olje- og gassproduksjon i kaldt klima,
6-7 Januar 2015, Trondheim
Brønnintegritet i
Arktis – tekniske
utfordringer
Foto: Dagbladet.no
Malin Torsæter, PhD
Forsker – Boring & Brønn
SINTEF Petroleum AS
malin.torsater@sintef.no
Technology for a better society
1
Å grave et hull i bakken –
hvor vanskelig kan det være?
Technology for a better society
2
Foto: Truthsimplified.com
Technology for a better society
3
Utfordring 1: Borehullsstabilitet
Trykk
Kollaps
innover
Dybde
Kollaps
utover
Poretrykk
Slamvekt
Fraktureringstrykk
Selve boreprosessen kan skade steinen –
og slik skade er vanskelig å overvåke
Torsæter et al. (2014), Shale smearing at the borehole wall
during drilling, Am. Rock Mech. Assoc., ARMA 14-7401
Technology for a better society
4
Utfordring 2: Brønndesign
•
Eks: Brønner konvertert til gassløft
–
–
–
•
SINTEF-studie, norsk sokkel
Brukt til annet enn planlagt
Problemer oppstår etter ca. 2 år
Brønner brukt til annet enn de er designet for:
SINTEF-studie
Gjennomsnittlig levetid
for konverterte brønner
Forstå kritiske designfaktorer:
–
–
–
Valg av materialer, rørdybder
Lengde på sementkolonner
Sentraliseringsløsninger
Hva bringer fremtiden?
• Økt utvinning?
• CO2 injeksjon/lagring?
Technology for a better society
5
Utfordring 3: Langtidsisolasjon
Heft mellom
casing og sement
Porøsitet i bulk
sement
Ødelagt
casing
Sprekker i
sementen
Basert på: Celia et al., Quantitative Estimation of CO2
Leakage from Geological Storage, ICGGCT (2004)
Heft mellom
sement og stein
Technology for a better society
6
Hva skal til for å sikre trygg og
effektiv utnyttelse av Arktiske
ressurser?
Technology for a better society
7
Vi må forberede oss på at Arktis kan by på
boring- og brønnrelaterte utfordringer
Tøffe forhold topside
Foto: offshoremoorings.org
Kaldt i øverste del av brønnen
Foto: UNODA
Nær geografisk & magnetisk pol
Kilde: presstv.ir
Vanskelige undergrunnsforhold
Foto: Mossavis.no
Fjerne & sensitive områder
Stadig forandring
Kilde: statoil.no
Foto: animal.discovery.com
Torsæter & Vrålstad (2014), "Drilling and Well Challenges in the Arctic", Marine Technology Society Journal , Vol. 48, No. 5.
Technology for a better society
8
Tøffe forhold topside påvirker boring&brønn
•
Korte operasjonelle vindu
•
•
•
•
"Logistics is very challenging in the Arctic and
equipment reliability is a concern"
OG21, TTA3 side 103
Begrenset tilgang til brønnen
•
•
•
Raskere operasjoner
Gjentatte start/stopp
Risikabelt å basere seg på å shippe
inn utstyr/fluider fra land
Unngå hyppige reparasjoner
Mer automatisering/subsea
+
=
Brønnkontroll under boring
•
•
I dag: 2 rigger nødvendig
Potensielle løsninger:
o Forlenge operasjonelle vindu
o Alternativer til avlastningsbrønn
Brønnkontroll var et tema som ble grundig diskutert på
Arctic Technology Conference 2014
Technology for a better society
9
Brønnintegritetsproblemer
korrelerer ofte med stramme
budsjett og tidsskjema
Technology for a better society
10
Vi må forberede oss på at Arktis kan by på
boring- og brønnrelaterte utfordringer
Tøffe forhold topside
Foto: offshoremoorings.org
Kaldt i øverste del av brønnen
Foto: UNODA
Nær geografisk & magnetisk pol
Kilde: presstv.ir
Vanskelige undergrunnsforhold
Foto: Mossavis.no
Fjerne & sensitive områder
Stadig forandring
Kilde: statoil.no
Foto: animal.discovery.com
Torsæter & Vrålstad (2014), "Drilling and Well Challenges in the Arctic", Marine Technology Society Journal , Vol. 48, No. 5.
Technology for a better society
11
Posisjonsunøyaktighet under boring
•
Borehullets posisjon defineres ved dybde,
helningsvinkel og asimutvinkel.
•
Magnetiske instrumenter: usikkerhet avhenger
av horisontal komponent av geomagnetisk felt
•
Gyroskopiske instrumenter:
usikkerhet avhenger av
horisontal komponent av
jordrotasjon
•
Viktig for å:
–
–
–
Unngå kollisjon med andre
brønner & geologiske strukturer
Planlegge/bore
avlastningsbrønner
Fastslå hvor stort et reservoar
må være for å være utvinnbart
J. Bang & T. Torkildsen (2011), "Wellbore AntiCollision Safety: Separation Distances Must Be
Increased Due To Degraded Positioning Accuracy
In Northern Areas", SPE 149699.
Technology for a better society
12
Vi må forberede oss på at Arktis kan by på
boring- og brønnrelaterte utfordringer
Tøffe forhold topside
Foto: offshoremoorings.org
Kaldt i øverste del av brønnen
Foto: UNODA
Nær geografisk & magnetisk pol
Kilde: presstv.ir
Vanskelige undergrunnsforhold
Foto: Mossavis.no
Fjerne & sensitive områder
Stadig forandring
Kilde: statoil.no
Foto: animal.discovery.com
Torsæter & Vrålstad (2014), "Drilling and Well Challenges in the Arctic", Marine Technology Society Journal , Vol. 48, No. 5.
Technology for a better society
13
Vanskelige undergrunnsforhold
Permafrost
Kilde: AAPG
Gasshydrater
G. Cherkashov, "Russian studies on subsea permafrost and gas
hydrates in the Arctic", VNIIOkeangeologia, St. Petersburg
Technology for a better society
14
Boring gjennom
frosne formasjoner
•
Studie av forskjellige scenarier
basert på input fra litteratur:
•
•
•
•
•
Ingen frosne formasjoner
Bare permaforst
Bare gasshydrater
Både permafrost og gasshydrater
Arctic
Arctic
sediments
sediments
(no
(frost
frost,
&no
hydrate)
hydrate)
Arctic
sediments
Typical well
(no
(frost,
(default)
frost,
no
hydrate)
Uten å ta hensyn til tining er
gasshydrater vanskelige å bore
•
I flere tilfeller er det ikke mulig å
velge en sikker slamvekt.
Torsæter & Cerasi (2015), Mud-weight control
during Arctic drilling operations, OTC 25481
No mudweight
mudweight
window!
window
LessReduced
than
50%
probability
of failure
Technology for a better society
15
Tining gir
tilleggsproblemer
•
Gassinflux i sement
og dårlig heft
Boring og komplettering:
•
•
•
•
Forstørret borehull
og gassinflux i slam
Forstørret borehull
Dårlig sementheft
«Gasification» av slam/sement
Produksjon:
•
•
•
•
Trykkoppbygging i annuli (SCP)
Subsidens i nærbrønnsområdet
Horisontale/vertikale krefter
Stadig forverring av isolasjon
Gass under trykk kan ligge
gjemt under frosne
formasjoner
Xie et al. (2011), SPE 149740.
Ca. 20 m radial thaw after
10 years of production
Technology for a better society
16
Mye lærdom å hente fra forrige “Arktiske bølge”
Yakushev & Collett (1992), Gas hydrates in Arctic regions:
Risk to drilling and production, IOPE Conf.
Yamburg gas field
(Western Siberia)
Complex casing loads measured by Arco/Exxon in
Prudhoe Bay, described by Løvø et al. (1990).
Viktig i forhold til bruk av
lukkede boredekk…
Hvordan sikre langtidsintegritet i
Arktiske brønner?
Technology for a better society
17
Vi må forberede oss på at Arktis kan by på
boring- og brønnrelaterte utfordringer
Tøffe forhold topside
Foto: offshoremoorings.org
Kaldt i øverste del av brønnen
Foto: UNODA
Nær geografisk & magnetisk pol
Kilde: presstv.ir
Vanskelige undergrunnsforhold
Foto: Mossavis.no
Fjerne & sensitive områder
Stadig forandring
Kilde: statoil.no
Foto: animal.discovery.com
Torsæter & Vrålstad (2014), "Drilling and Well Challenges in the Arctic", Marine Technology Society Journal , Vol. 48, No. 5.
Technology for a better society
18
Alltid kaldt i øverste del av brønnen
Sør for Svalbard
= Enklest
IKU News 1988: Målinger av temperatur i
grunne brønner sør for Svalbard
Beauforthavet =
Verst?
Xie et al. (2011), "Methodology to Assess Thaw Subsidence Impacts on the
Design and Integrity of Oil and Gas Wells in Arctic Regions", SPE 149740.
Technology for a better society
19
Temperaturvariasjoner
i brønner
σH
σR
Variasjoner
mellom 10°C og
90°C på casing
Materialene har forskjellig termisk
ekspansjonskoeffisient
Albawi, De Andrade, Torsæter, Opedal, Stroisz & Vrålstad (2014), Experimental Set-Up for Testing Cement Sheath Integrity in Arctic Wells, OTC 24587.
Technology for a better society
20
Porer mellom sement-casing
Porer/sprekker i sement
Porer mellom sement-stein
Bonding percentage (%)
Bonding percentage (%)
12mm
Sentralisert prøve
8mm
Etter 3 sykler
Dårlig sentralisert prøve
Før temp.var.
Cycles
Temperaturvariasjoner kan skade brønnen – særlig hvis casing er dårlig sentrert
De Andrade et al. (2014), "Influence of Casing Centralization on Cement Sheath Integrity During Thermal Cycling", SPE 168012.
Technology for a better society
21
Vi må forberede oss på at Arktis kan by på
boring- og brønnrelaterte utfordringer
Tøffe forhold topside
Foto: offshoremoorings.org
Kaldt i øverste del av brønnen
Foto: UNODA
Nær geografisk & magnetisk pol
Kilde: presstv.ir
Vanskelige undergrunnsforhold
Foto: Mossavis.no
Fjerne & sensitive områder
Stadig forandring
Kilde: statoil.no
Foto: animal.discovery.com
Torsæter & Vrålstad (2014), "Drilling and Well Challenges in the Arctic", Marine Technology Society Journal , Vol. 48, No. 5.
Technology for a better society
22
Oppsummering: Brønnintegritet i Arktis
• Korte operasjonelle vindu
o Planlegging, FoU
Sensitive
områder
Mørke, tøffe
forhold topside
• Boring/komplettering
o Posisjonering
o Undergrunnsforhold
Isproblemer
Permafrost
• Produksjon
o Voks og hydrater
o Isolasjonsproblemer som
følge av temp.variasjoner
Gasshydrater
Ukjent
geologi
Pågående
landheving
Kaldere
brønner
Posisjonsusikkerhet
• Utslipp til omgivelsene
o Borekaks, fluider
o Produsert vann
o Langtidsintegritet
Fig: SINTEF/ M. Torsæter
Technology for a better society
23
Takk for
oppmerksomheten!
Technology for a better society
24