Erfolge bei geothermischen Bohrungen bieten potenziellen Gewinn für die Erdölindustrie

Die Forscher der Texas A&M University, Dr. Sam Noynaert und Fred Dupriest, präsentierten vor einem Publikum, das hauptsächlich aus Erdölbohrern bestand, kürzlich Ergebnisse eines Geothermieprojekts, das die Fertigstellungszeiten von Bohrlöchern und den Austausch von Bohrkronen drastisch verkürzte. Das Energieministerium (DOE) finanzierte das Projekt, das geothermische Bohrpraktiken mit physikbasiertem Unterricht und Öl- und Gastechniken verbessert, um die hohen Kosten für das Bohren von geothermischen Bohrlöchern zu senken. Die eingesparte Zeit und Ausrüstung legen nahe, dass die Ölindustrie dies zur Kenntnis nehmen sollte.

„Wie Sie eine Technologie verwenden, ist normalerweise wichtiger als welche Technologie Sie verwenden“, sagte Dupriest. „Davon profitiert nicht nur die Geothermiebranche. Auch die Mineralölindustrie könnte hier eine enorme Chance haben.“

Dupriest und Noynaert, Professoren für Praxis am Harold Vance Department of Petroleum Engineering, präsentierten ihre Ergebnisse im März während der Konferenz und Ausstellung der International Association of Drilling Contractors und der Society of Petroleum Engineers.

Sowohl Geothermie- als auch Ölbohrer haben Zugriff auf die gleiche Ausrüstung und stehen vor ähnlichen Herausforderungen. Der Unterschied besteht darin, dass Erdölbohrungen im Vergleich zu geothermischen Bohrungen in großer Zahl gebohrt werden, sodass diese Unternehmen mehr Erfahrung mit der Reduzierung von Kosten und Bohrzeiten haben. Ölunternehmen fehlt jedoch oft die Zeit, ungewöhnlichen Bohrspitzenverschleiß zu hinterfragen oder alle Grundlagen hinter Bohrprozessen zu verstehen, sodass Probleme normalerweise mit schnellen Lösungen auf der Grundlage von Vermutungen angegangen werden.

Das DOE-Projekt beweist, dass grundlegendes Wissen über physikalische Prinzipien in Verbindung mit Kommunikation und Teamarbeit zur Dokumentation von Bohrproblemen oder Limitern die Kosten senkt und die Fähigkeit verbessert, Probleme mit Informationen und nicht mit Vermutungen anzugehen und zu beheben.

Im Laufe von drei geothermischen Bohrungen, die von verschiedenen Teams in den letzten zwei Jahren fertiggestellt wurden, schulten Noynaert und Dupriest die Manager und Arbeiter an zwei der Bohrungen, bevor die Feldarbeiten begannen. Die Schulung schuf ein grundlegendes, auf Physik basierendes Verständnis dessen, was genau im Bohrloch passiert, sowohl beim Gesteinsschneideprozess als auch bei der Funktionsweise der Ausrüstung. Nach der Schulung halfen die Forscher den Teams weiterhin, jeden Tag Leistungsbegrenzer und Funktionsstörungen zu identifizieren und neu zu gestalten sowie einen effektiveren Arbeitsablauf zur Unterstützung von Echtzeitpraktiken zu implementieren.

Alle drei Teams bohrten am DOE Frontier Observatory for Research in Geothermal Energy (FORGE), das eine fast kilometertiefe Formation aus hartem Granit aufweist, die Küchenarbeitsplatten ähnelt. Frühere Bohrlöcher bohrten sich mit einer Geschwindigkeit von 15 bis 20 Fuß pro Stunde durch dieses Gestein, aber diese drei Teams begannen mit 250 Fuß pro Stunde und behielten eine Geschwindigkeit von 100 Fuß pro Stunde bei, während sie durch das hartnäckige Material bohrten.

Die erste Bohrung mit einem geschulten Team war eine stark abgewinkelte Richtungsbohrung. Es wurde in etwa der Hälfte der erwarteten Zeit und unter dem Budget fertiggestellt.

Das zweite Team wurde nicht trainiert, sondern kopierte, was es konnte, von den Bemühungen des ersten Teams, während es die gleichen Geschwindigkeiten beibehielt. Ihre Bohrlochfertigstellungszeit war kürzer als die des ersten Bohrlochs, hauptsächlich weil es eher vertikal als gerichtet war.

Das dritte Team wurde trainiert und auch vertikal gebohrt. Dieses Team halbierte die Fertigstellungszeit des ungeschulten Teams, indem es viel schneller bohrte, und senkte die Kosten weiter, indem es Bohrkronen viel länger verwendete.

„Wir hatten mit dem ersten Bohrloch einen enormen Gewinn“, sagte Dupriest. „Aber abgesehen vom Richtungsbohren haben wir mit der dritten Bohrung alles noch einmal halbiert. Außerdem haben wir Fortschritte in der grundlegenden Bohrwissenschaft gemacht.“

Die geschulten Teams änderten ihre Arbeitsmethoden, um die Ausrüstungsänderungen während des Bohrfortschritts wissenschaftlich zu dokumentieren. Dies erforderte das Aufnehmen spezifischer Bilder von Bit-Verschleiß aus Standardwinkeln. Die festgestellten Schadensarten identifizierten die Ursachen der Fehlfunktion, und die Bohrparameter wurden schnell angepasst, um denselben Schaden beim nächsten Durchlauf zu verhindern. Die Fotos wurden sofort mit dem Bit-Anbieter geteilt, der die Bit-Designs basierend auf den Beweisen verbessern konnte.

Da das Training bessere körperliche Kenntnisse über das vertikale Bohren in hartem Gestein vermittelte, testete das dritte Team die Ausrüstung bis an ihre Grenzen. Während der Operationen erhöhten sie das Gewicht, das sie auf das Gebiss legten, weit über die normalen Erwartungen hinaus, weil sie es verstanden, die Dysfunktion zu erkennen und zu reduzieren, die dies zuvor verhindert hatte. Das zusätzliche Gewicht verbesserte Bohrzeiten und eine überraschend verlängerte Bit-Lebensdauer.

Das dritte Team verwendete auch Beweise für Funktionsstörungen, um eine neuartige Lösung für ein häufiges, aber wenig verstandenes Problem zu finden: die duktile Verstärkung des Gesteins. Als der Meißel nicht auf das erhöhte Gewicht reagierte und sich selbst bei enormem Energieverbrauch nicht vorwärts bewegte, argumentierten sie, dass der Bohrschlamm die Einschränkung verursachte, und entwickelten ein einfaches Experiment, um dies zu beweisen. Eine 100-Gallonen-Wasser-„Pille“ wurde durch den Bohrer zirkuliert, um die Situation des Gesteinsfortschritts zu ändern. Der Energieverbrauch des Meißels wurde halbiert und die Bohrgeschwindigkeit verdoppelt.

„Früher wäre kein Wasser verwendet worden“, sagte Noynaert. „Es wäre ein ‚So funktioniert Granit halt, also ändere besser den Bohrer‘-Moment gewesen. Durch das Verständnis der Physik konnten sie die Lösung des Problems gleich beim ersten Mal richtig finden.“

Geothermieunternehmen dachten zunächst, das Training sei eine „Erdölsache“, aber das erste Team erkannte schnell seinen Wert. Nachdem sie die Ergebnisse gesehen hatten, bat das zweite Team um das Training, aber Terminkonflikte verhinderten dies. Das dritte Team verwirklichte die Projektziele voll und ganz und machte große Fortschritte bei der Verbesserung der Leistung.

Dupriest und Noynaert sagen jetzt, dass sie die Ausbildung und die Prozesse in allen Bohranwendungen nachweisen müssen, um den wachsenden Glauben der Erdölindustrie zu zerstreuen, dass die Erfolge eine „geothermische Sache“ sind oder nur in Granit funktionieren. Das zukünftige Ziel des Projekts besteht darin, geothermische Bohrteams zu finden, um die Methoden in einer Vielzahl von geologischen Regionen zu erlernen und zu testen, die idealerweise beiden Energiebranchen gemeinsam sind.