石油やガスの掘削作業に固有のリスクは気が遠くなるようなもので、最も深刻なのはダウンホールの圧力の不確実性です。国際掘削請負業者協会によると、管理圧力掘削 (MPD)は、坑井全体の環状圧力を正確に制御するために使用される適応型掘削技術です。過去 50 年間にわたり、圧力の不確実性によってもたらされる課題を軽減し克服するために、多くの技術や手法が開発され、洗練されてきました。1968 年に最初の回転制御装置 (RCD) を世界に導入して以来、ウェザーフォードは業界の先駆者であり続けています。
MPD 業界のリーダーとして、ウェザーフォードは圧力制御の範囲と応用を拡大するために、さまざまなソリューションと技術を革新的に開発してきました。ただし、圧力制御は単に環状圧力を制御するだけではありません。世界中の無数の特殊な運用条件、複雑な地層、さまざまな坑井現場の課題を考慮する必要があります。同社の技術専門家は、何十年にもわたって蓄積された経験により、優れた圧力制御プロセスは、あらゆる用途に万能のシステムではなく、さまざまな課題に対処するように調整する必要があることを認識しています。この原則に基づいて、事業会社の条件や環境がどれほど厳しいかに関係なく、事業会社のさまざまなニーズを満たすために、さまざまなレベルの MPD テクノロジーが開発されてきました。
01. RCD を使用した閉ループ システムの作成
RCD は、安全性の保証と流れの迂回の両方を提供し、MPD のエントリーレベルのテクノロジーとして機能します。もともと 1960 年代に陸上作業用に開発された RCD は、船の上で流れをそらすように設計されています。バップ閉ループ循環システムを構築します。同社は RCD テクノロジーの革新と改善を継続し、数十年にわたって現場で実証された成功を収めてきました。
MPD アプリケーションがより困難な分野 (新しい環境や課題など) に拡大するにつれて、MPD システムに対する要求も高まります。これにより、RCD 技術の継続的な進歩が促進され、現在ではより高い定格圧力と温度が特徴となり、米国石油協会から純ガス条件での使用の資格も取得しています。たとえば、ウェザーフォードのポリウレタン高温シール部品は、既存のポリウレタン部品と比較して定格温度が 60% 高くなります。
エネルギー産業の成熟と海洋市場の発展に伴い、ウェザーフォードは浅海および深海環境特有の課題に対処するための新しいタイプの RCD を開発しました。浅海掘削プラットフォームで使用される RCD は地表 BOP の上に配置されますが、動的に配置される掘削船では、RCD は通常、ライザー アセンブリの一部としてテンション リングの下に取り付けられます。用途や環境に関係なく、RCD は依然として重要な技術であり、掘削作業中に一定の環状圧力を維持し、耐圧バリアを形成し、掘削の危険を防ぎ、地層流体の侵入を制御します。
02. 圧力制御を改善するためのチョークバルブの追加
RCD は戻ってくる流体の方向を変えることができますが、坑井の圧力プロファイルを能動的に制御する機能は、下流の地上機器、特にチョーク バルブによって実現されます。この装置を RCD と組み合わせることで MPD テクノロジーが可能になり、坑口圧力をより強力に制御できます。Weatherford の PressurePro 管理圧力ソリューションは、RCD と組み合わせて使用すると、坑内での圧力関連の事故を回避しながら掘削能力を強化します。
このシステムは、単一のヒューマン マシン インターフェイス (HMI) を利用してチョーク バルブを制御します。HMI は掘削機のキャビンまたはリグ床にあるラップトップに表示され、現場担当者が重要な掘削パラメータを監視しながらチョーク バルブを仮想的に制御できるようになります。オペレーターが希望の圧力値を入力すると、PressurePro システムが SBP を制御してその圧力を自動的に維持します。チョークバルブはダウンホール圧力の変化に基づいて自動的に調整できるため、迅速かつ信頼性の高いシステム修正が可能になります。
03. 掘削リスクを軽減するための自動応答
Victus Intelligent MPD ソリューションは、Weatherford の最も重要な MPD 製品の 1 つであり、市場で最も先進的な MPD テクノロジーの 1 つです。Weatherford の成熟した RCD およびチョーク バルブ テクノロジーに基づいて構築されたこのソリューションは、精度、制御、自動化を前例のないレベルに高めます。掘削リグ機器を統合することにより、機械間の通信、坑井状態のリアルタイム分析、集中管理された場所からの迅速な自動応答が可能になり、坑底圧力を正確に維持します。
機器の面では、Victus ソリューションは、コリオリ質量流量計と 4 つの独立して制御されるチョーク バルブを備えたマニホールドを組み込むことで、流量と密度の測定機能を強化します。高度な水力モデルは、流体と地層の温度、流体の圧縮率、坑井の切削効果を考慮して、リアルタイムの底孔圧力を正確に決定します。人工知能 (AI) 制御アルゴリズムが坑井の異常を特定し、掘削者と MPD オペレーターに警告し、MPD 地表機器に調整コマンドを自動的に送信します。これにより、坑井への流入/損失のリアルタイム検出が可能になり、オペレーターによる手動入力を必要とせずに、油圧モデリングとインテリジェント制御に基づいて機器を適切に調整できるようになります。このシステムはプログラマブル ロジック コントローラー (PLC) をベースとしており、掘削プラットフォーム上の任意の場所に簡単に統合でき、信頼性が高く安全な MPD インフラストラクチャを提供します。
簡素化されたユーザー インターフェイスにより、ユーザーは重要なパラメータに集中し、突然のイベントに対してアラートを発行することができます。ステータスベースの監視により MPD 機器のパフォーマンスが追跡され、事前のメンテナンスが可能になります。毎日の概要やジョブ後の分析など、信頼性の高い自動レポートにより、掘削パフォーマンスがさらに最適化されます。深海での操作では、単一のユーザー インターフェイスを介したリモート制御により、ライザーの自動設置、環状隔離装置 (AID) の完全な閉鎖、RCD のロックとロック解除、および流路制御が容易になります。坑井設計からリアルタイム操作から作業後の概要まで、すべてのデータの一貫性が維持されます。リアルタイムの視覚化とエンジニアリング評価/計画の側面の管理は、CENTRO Well Construction Optimization プラットフォームを通じて処理されます。
現在の開発には、流量測定を改善するための単純なポンプストロークカウンターの代わりに高圧流量計（ライザーに設置）を使用することが含まれています。この新しい技術を使用すると、閉ループ掘削回路に入る流体のレオロジー特性と質量流量特性を、戻ってくる流体の測定値と比較できます。更新頻度がはるかに低い従来の手動泥水測定方法と比較して、このシステムは優れた水理モデリングとリアルタイム データを提供します。
04. シンプルで正確な圧力制御とデータ取得の提供
PressurePro テクノロジーと Victus テクノロジーは、それぞれエントリーレベルと高度な圧力制御アプリケーション向けに開発されたソリューションです。Weatherford は、これら 2 つのレベルの間に該当するソリューションに適したアプリケーションがあることを認識しました。同社の最新の Modus MPD ソリューションは、このギャップを埋めます。高温または低温の環境、陸上、浅海などのさまざまな用途向けに設計されたこのシステムの目標は単純明快です。圧力制御技術のパフォーマンス上の利点に焦点を当て、事業会社がより効率的に掘削を行い、圧力関連を削減できるようにすることです。問題。
Modus ソリューションは、柔軟で効率的な設置を実現するモジュラー設計を特徴としています。3 台のデバイスが 1 つの輸送コンテナ内に収容されているため、現場での荷降ろしの際に必要なリフトは 1 台だけです。必要に応じて、個々のモジュールを輸送用コンテナから取り出して、坑井現場の周囲に特定の場所に配置することができます。
チョークマニホールドは 1 つの独立したモジュールですが、既存のインフラ内に設置する必要がある場合は、各掘削プラットフォームの特定の要件を満たすようにシステムを構成できます。このシステムには 2 つのデジタル制御チョーク バルブが装備されており、どちらかのバルブを分離して柔軟に使用したり、高流量のために組み合わせて使用したりできます。これらのチョーク バルブを正確に制御することで、坑井内圧力と等価循環密度 (ECD) 制御が向上し、より低い泥土密度でより効率的な掘削が可能になります。マニホールドには過圧保護システムと配管も統合されています。
流量測定装置は別のモジュールです。コリオリ流量計を使用して戻り流量と流体特性を測定し、精度の業界標準として認められています。継続的なマスバランスデータにより、オペレーターは流れの異常の形で現れるダウンホールの圧力変化を即座に特定できます。油井の状態をリアルタイムで可視化することで、迅速な対応と調整が容易になり、圧力の問題が操業に影響を与える前に対処できます。
デジタル制御システムは 3 番目のモジュール内にインストールされ、測定および制御デバイスのデータと機能の管理を担当します。このデジタル プラットフォームはラップトップの HMI を通じて動作し、オペレーターが過去の傾向を含む測定条件を表示し、デジタル ソフトウェアを通じて圧力を制御できるようにします。画面に表示されるチャートは、坑井の状況のリアルタイムの傾向を提供し、データに基づいてより適切な意思決定と迅速な対応を可能にします。底孔一定圧力モードで動作している場合、システムは接続期間中に急速に圧力を加えることができます。ボタンを押すだけで、システムはチョークバルブを自動的に調整して坑井に必要な圧力を加え、流れのない一定のダウンホール圧力を維持します。関連データは収集され、作業後の分析のために保存され、CENTRO プラットフォームで表示できるように坑井情報伝送システム (WITS) インターフェイスを通じて送信されます。
Modus ソリューションは圧力を自動的に制御することで、ダウンホールの圧力変化に即座に対応し、人員、坑井、環境、その他の資産を保護します。坑井完全性システムの一部として、Modus ソリューションは等価循環密度 (ECD) を制御し、操業の安全性を高め、地層の完全性を保護する信頼性の高い方法を提供します。これにより、複数の変数と未知数がある狭い安全窓内で安全な掘削を実現します。
Weatherford は、50 年以上の経験、数千件の運用、数百万時間の運用時間に基づいて信頼性の高い方法を要約し、オハイオ州に拠点を置く事業会社に Modus ソリューションの導入を呼びかけています。ユーティカ シェール地域では、運営会社は認可された支出コスト目標を達成するために、設計深さまで 8.5 インチの坑井を掘削する必要がありました。
計画された掘削時間と比較して、Modus ソリューションは掘削時間を 60% 短縮し、1 回の作業で坑井セクション全体を完了しました。この成功の鍵は、MPD 技術を使用して、設計された水平セクション内で理想的な泥密度を維持し、坑井の循環圧力損失を最小限に抑えたことでした。その目的は、不確実な圧力プロファイルを持つ地層における高密度の泥による潜在的な地層損傷を回避することでした。
基本設計と建設設計の段階で、ウェザーフォードの技術専門家は運営会社と協力して水平坑井の範囲を定義し、掘削目標を設定しました。チームは要件を特定し、プロジェクトの実行と物流を調整するだけでなく、全体的なコストも削減するサービス品質提供計画を作成しました。Weatherford のエンジニアは、事業会社にとって最適な選択肢として Modus ソリューションを推奨しました。
設計完了後、ウェザーフォードの現場担当者はオハイオ州で現場調査を実施し、現地チームが作業現場と組立エリアを準備し、潜在的な危険を特定して排除できるようにしました。一方、テキサス州の専門家は出荷前に機器をテストしました。これら 2 つのチームは、タイムリーな機器の納入を調整するために、運営会社との継続的なコミュニケーションを維持しました。Modus MPD 機器が掘削現場に到着した後、効率的な設置と試運転が実行され、ウェザーフォード チームは運営会社の掘削設計の変更に対応するために MPD の運用レイアウトを迅速に調整しました。
05. 現場での申請成功
しかし、坑井が着陸した直後に、坑井内に詰まりの兆候が現れました。運営会社と協議した後、ウェザーフォードの MPD チームは、この問題に対処するための最新の運営計画を提供しました。好ましい解決策は、泥の密度を 0.5ppg (0.06 SG) ずつゆっくりと上げながら背圧を高めることでした。これにより、掘削装置は泥の調整を待つことなく、また泥の密度を大幅に増加させることなく掘削を続けることができました。この調整により、同じ底孔掘削アセンブリを使用して、1 回の移動で水平断面の目標深さまで掘削することができました。
操業全体を通じて、Modus ソリューションは坑井への流入と損失を積極的に監視し、操業会社がより低い密度の掘削液を使用し、重晶石の使用を削減できるようにしました。坑井内の低密度泥を補完するものとして、Modus MPD テクノロジーは坑口に背圧を積極的に適用して、継続的に変化する坑井の状態に容易に対処します。従来の方法では通常、泥の密度を増減させるのに数時間または 1 日かかります。
Modus テクノロジーを適用することで、運営会社は設計日 (15 日) より 9 日前に目標深度まで掘削しました。さらに、泥水の密度を 1.0 ppg (0.12 SG) 削減し、背圧を調整してダウンホールと地層の圧力のバランスをとることで、運営会社は全体のコストを削減しました。このウェザーフォードのソリューションを使用すると、18,000 フィート (5,486 メートル) の水平セクションが 1 回の作業で掘削され、近くの 4 つの従来の井戸と比較して機械貫入速度 (ROP) が 18% 増加しました。
06.MPD技術の将来展望
パフォーマンスの向上によって価値が創出される上記のケースは、Weatherford の Modus ソリューションの幅広い用途の一例にすぎません。2024 年までに、圧力制御技術の使用をさらに拡大するために一連のシステムが世界中に導入され、他の事業会社が複雑な状況を減らし、坑井建設の品質を向上させて長期的な価値を理解して達成できるようになります。
長年にわたり、エネルギー業界は掘削作業中にのみ圧力制御技術を適用してきました。ウェザーフォード氏は圧力制御に関して異なる見解を持っている。これは、水平坑井、指向性坑井、開発坑井、多面坑井などを含む、すべてではないにしても多数のカテゴリーの油井に適用できる性能強化ソリューションです。セメンティング、ケーシングの稼働、その他の作業を含め、坑井内の圧力制御によって達成できる目標を再定義することで、安定した坑井からすべての利益が得られ、効率を高めながら坑井の崩壊や地層の損傷を回避できます。
たとえば、セメンチング中の圧力を制御することで、事業会社は流入や損失などのダウンホールの事象により積極的に対処できるようになり、それによってゾーンの隔離が改善されます。圧力制御によるセメンチングは、掘削窓が狭い、地層が弱い、またはマージンが最小限の坑井で特に効果的です。完成作業中に圧力制御ツールとテクノロジーを適用すると、完成ツールの設置中の圧力制御が容易になり、作業効率が向上し、リスクが軽減されます。
安全な操作範囲内での圧力制御が向上し、すべての油井と操作に適用できます。さまざまな用途に合わせて調整された Modus ソリューションと圧力制御システムが継続的に登場することで、より多くの油井で圧力制御が可能になりました。Weatherford のソリューションは、包括的な圧力制御を提供し、事故の削減、坑井の品質の向上、坑井の安定性の向上、生産の向上を実現します。
投稿日時: 2024 年 3 月 20 日