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Perforazione Orizzontale e Direzionale nei Pozzi di Petrolio e Gas
Aumenta la produzione e raggiungi obiettivi che non possono essere raggiunti con un pozzo verticale.
(A) Raggiungere obiettivi inaccessibili
Perforazione Orizzontale Sotto un Aeroporto: Il Marcellus Shale si estende sotto circa 8.800 acri di terreno presso l’Aeroporto Internazionale di Pittsburgh, ma l’uso di impianti di perforazione, la manutenzione di teste di pozzo attive e l’installazione di linee di raccolta del gas naturale sono tutte attività proibite sulla proprietà dell’aeroporto. Così, nel 2013 Consol Energy ha proposto di produrre gas naturale dal Marcellus Shale perforando 47 pozzi orizzontali da 6 piattaforme di perforazione situate su terreni adiacenti. In un periodo di 20 anni, Consol prevede di pagare all’aeroporto circa 500 milioni di dollari in royalties sul gas naturale. Questo è un perfetto esempio di utilizzo della perforazione orizzontale per raggiungere un obiettivo inaccessibile.
Indice dei Contenuti
Cos’è la Perforazione Orizzontale?
La maggior parte dei pozzi perforati per acqua, petrolio, gas naturale, informazioni o altri obiettivi sotterranei sono pozzi verticali – perforati direttamente verso il basso nella terra. Tuttavia, perforare orizzontalmente o ad un angolo diverso dal verticale può ottenere informazioni, raggiungere obiettivi e stimolare serbatoi in modi che non possono essere raggiunti con un pozzo verticale. In questi casi, la capacità di guidare accuratamente il pozzo in direzioni e angoli che si discostano dal verticale è una capacità preziosa.
Quando la perforazione orizzontale è combinata con la fratturazione idraulica, alcune unità rocciose che erano improduttive quando perforate verticalmente possono diventare produttori fantastici di petrolio o gas naturale. Esempi sono il Marcellus Shale del Bacino Appalachi e la Formazione Bakken del North Dakota.
(B) Drenare grandi aree da una piattaforma di perforazione
Minimizzare l’Impronta: Una piattaforma di perforazione può essere utilizzata per perforare un numero di pozzi. Questo riduce l’impronta delle operazioni di perforazione. Nel 2010 l’Università del Texas ad Arlington ha perforato 22 pozzi su una singola piattaforma. Questi pozzi stanno drenando il gas naturale da circa 1100 acri sotto il campus. Nel corso di una vita di 25 anni, i pozzi dovrebbero produrre un totale di 110 miliardi di piedi cubi di gas naturale. L’alternativa sarebbe perforare molti pozzi, ciascuno richiedendo una piattaforma di perforazione, uno stagno, una strada di accesso e una linea di raccolta.
Perché Perforare Pozzi Orizzontali?
La perforazione orizzontale è stata utilizzata per molti scopi, tra cui:
- raggiungere obiettivi inaccessibili
- drenare grandi aree da una piattaforma di perforazione
- aumentare la lunghezza della “zona di pagamento”
- migliorare la produzione in serbatoi fratturati
- costruire pozzi di soccorso
- installare servizi di utilità
Questi sei scopi sono descritti di seguito e illustrati graficamente dai sei disegni in questa pagina.
A) Raggiungere obiettivi che non possono essere raggiunti con la perforazione verticale.
A volte un serbatoio si trova sotto una città, un aeroporto o un parco dove la perforazione è impossibile o vietata. Questo serbatoio potrebbe ancora essere sfruttato se la piattaforma di perforazione è situata ai margini della proprietà e il pozzo è perforato ad un angolo che intersecherà il serbatoio.
Vedi il grafico (A) – in cima a questa pagina – per sapere come l’Aeroporto Internazionale di Pittsburgh sarà pagato 500 milioni di dollari per il loro gas.
B) Drenare grandi aree da una piattaforma di perforazione.
Questo metodo è stato utilizzato per ridurre l’impronta superficiale di un’operazione di perforazione. Nel 2010, l’Università del Texas ad Arlington è stata protagonista delle notizie per aver perforato 22 pozzi su una singola piattaforma di perforazione che drenerà gas naturale da 1100 acri sotto il campus.
Nel corso di una vita di 25 anni, i pozzi dovrebbero produrre un totale di 110 miliardi di piedi cubi di gas. Questo metodo ha significativamente ridotto l’impronta dello sviluppo del gas naturale all’interno dell’area del campus. Vedi il grafico (B) per saperne di più.
(C) Aumentare la lunghezza della “zona di pagamento”
Massimizzare la Zona di Pagamento: Se un pozzo verticale è perforato attraverso una roccia serbatoio spessa 50 piedi, allora il gas naturale o il petrolio possono infiltrarsi nel pozzo attraverso 50 piedi lineari di “zona di pagamento”. Tuttavia, se il pozzo è girato in orizzontale (o con la stessa inclinazione dell’unità rocciosa) e perforato all’interno di quella unità rocciosa, allora la distanza di penetrazione all’interno della zona di pagamento può essere molto maggiore. Molti pozzi orizzontali in rocce sorgenti di gas naturale hanno oltre un miglio di penetrazione nella zona di pagamento.
C) Aumentare la lunghezza della “zona di pagamento” all’interno dell’unità rocciosa target.
Se un’unità rocciosa è spessa cinquanta piedi, un pozzo verticale perforato attraverso di essa avrà una zona di pagamento lunga cinquanta piedi. Tuttavia, se il pozzo è girato e perforato orizzontalmente attraverso l’unità rocciosa per cinquemila piedi, allora quel singolo pozzo avrà una zona di pagamento lunga cinquemila piedi.
Questa zona di pagamento più lunga di solito si tradurrà in un significativo aumento della produttività del pozzo. Quando combinata con la fratturazione idraulica, la perforazione orizzontale può convertire scisti improduttivi in rocce serbatoio fantastiche.
(D) Maggiore rendimento nei serbatoi fratturati
Serbatoi Fratturati: Molte unità rocciose sotterranee hanno “set” di fratture parallele che sono verticali o quasi verticali. Queste fratture si formano naturalmente e possono essere una via importante per la raccolta di fluidi (acqua, gas naturale, petrolio, fluidi geotermici) contenuti all’interno della roccia, e il movimento di quei fluidi verso pozzi o affioramenti. In molte aree geografiche, c’è una direzione di frattura dominante lungo la quale la maggior parte delle fratture sono allineate. Se il pozzo è perforato perpendicolarmente al piano di queste fratture, allora sarà penetrato un numero massimo di fratture.
D) Migliorare la produttività dei pozzi in un serbatoio fratturato.
Questo viene fatto perforando in una direzione che interseca un numero massimo di fratture. La direzione di perforazione sarà normalmente ad angolo retto rispetto alla direzione di frattura dominante.
I campi geotermici nel substrato granitico di solito ottengono quasi tutto il loro scambio d’acqua dalle fratture. Perforare ad angolo retto rispetto alla direzione di frattura dominante farà passare il pozzo attraverso un numero massimo di fratture.
(E) “Pozzo di soccorso” per un pozzo “fuori controllo”
Pozzo di Soccorso: Se un pozzo ha un problema e inizia a fluire fuori controllo, deve essere sigillato in profondità o la pressione deve essere alleviata. In questa situazione può essere perforato un “pozzo di soccorso” da un sito vicino. Il pozzo di soccorso sarà un pozzo perforato direzionalmente che interseca il foro del pozzo problematico per drenare parte della pressione o per tappare il pozzo pompando cemento nel foro.
E) Sigillare o alleviare la pressione in un pozzo “fuori controllo”.
Se un pozzo produttivo è fuori controllo, può essere perforato un “pozzo di soccorso” per intersecarlo. Il pozzo intersecante può essere utilizzato per sigillare il pozzo originale o per alleviare la pressione nel pozzo fuori controllo.
F) Installare servizi sotterranei dove l’escavazione non è possibile.
La perforazione orizzontale è stata utilizzata per installare linee di gas ed elettricità che devono attraversare un fiume, attraversare una strada o passare sotto una città.
(F) Installazione di servizi sotterranei
Linea di Servizio: Le linee di servizio come quelle che forniscono elettricità, acqua o gas naturale sono talvolta installate mediante perforazione direzionale. Questo metodo è utilizzato quando devono attraversare una strada dove l’escavazione interromperebbe il traffico, attraversare un fiume dove l’escavazione è impossibile, o attraversare una comunità dove l’installazione superficiale mediante escavazione sarebbe estremamente costosa e dirompente.
Rocce Candidati per la Perforazione Orizzontale
I pozzi verticali possono drenare efficacemente unità rocciose che hanno una permeabilità molto alta. I fluidi in quelle unità rocciose possono fluire rapidamente ed efficientemente in un pozzo su lunghe distanze.
Tuttavia, dove la permeabilità è molto bassa, i fluidi si muovono molto lentamente attraverso la roccia e non viaggiano su lunghe distanze per raggiungere un foro di pozzo. La perforazione orizzontale può aumentare la produttività in rocce a bassa permeabilità avvicinando molto di più il foro del pozzo alla fonte del fluido.
Perforazione Orizzontale negli Scisti
Forse il ruolo più importante che la perforazione orizzontale ha giocato è nello sviluppo dei giacimenti di gas naturale negli scisti. Queste unità rocciose a bassa permeabilità contengono quantità significative di gas e sono presenti sotto grandi parti del Nord America e altre parti del mondo.
Il Barnett Shale del Texas, il Fayetteville Shale dell’Arkansas, l’Haynesville Shale della Louisiana e del Texas, e il Marcellus Shale del Bacino Appalachi sono esempi. In queste unità rocciose la sfida non è “trovare” il serbatoio; la sfida è recuperare il gas da spazi porosi molto piccoli in un’unità rocciosa a bassa permeabilità.
Per stimolare la produttività dei pozzi negli scisti ricchi di organici, le aziende perforano orizzontalmente attraverso l’unità rocciosa e poi utilizzano la fratturazione idraulica per produrre una permeabilità artificiale che è mantenuta aperta dalla sabbia di fratturazione. Fatto insieme, la perforazione orizzontale e la fratturazione idraulica possono rendere produttivo un pozzo dove un pozzo verticale avrebbe prodotto solo una piccola quantità di gas.
Metodologia di Perforazione
La maggior parte dei pozzi orizzontali inizia in superficie come un pozzo verticale. La perforazione progredisce fino a quando la punta del trapano è a poche centinaia di piedi sopra l’unità rocciosa target. A quel punto il tubo viene estratto dal pozzo e un motore idraulico viene attaccato tra la punta del trapano e il tubo di perforazione.
Il motore idraulico è alimentato da un flusso di fango di perforazione giù per il tubo di perforazione. Può ruotare la punta del trapano senza ruotare l’intera lunghezza del tubo di perforazione tra la punta e la superficie. Questo permette alla punta di perforare un percorso che devia dall’orientamento del tubo di perforazione.
Dopo che il motore è installato, la punta e il tubo vengono abbassati di nuovo nel pozzo, e la punta perfora un percorso che guida il foro del pozzo da verticale a orizzontale su una distanza di poche centinaia di piedi. Una volta che il pozzo è stato guidato all’angolo corretto, la perforazione in linea retta riprende e il pozzo segue l’unità rocciosa target. Mantenere il pozzo in un’unità rocciosa sottile richiede una navigazione attenta. Strumenti di fondo foro sono utilizzati per determinare l’azimut e l’orientamento della perforazione. Queste informazioni sono utilizzate per guidare la punta del trapano.
La perforazione orizzontale è costosa. Quando combinata con la fratturazione idraulica, un pozzo può costare fino a tre volte di più per piede rispetto alla perforazione di un pozzo verticale. Il costo extra è di solito recuperato dall’aumento della produzione del pozzo. Questi metodi possono moltiplicare il rendimento di gas naturale o petrolio da un pozzo. Molti pozzi redditizi sarebbero fallimenti senza questi metodi.
Una Nuova Filosofia di Leasing e Royalties?
Nella produzione di gas da un pozzo verticale, il gas è prodotto sotto un singolo appezzamento di terreno. La maggior parte degli stati ha regole sui diritti minerari stabilite da lungo tempo che governano la proprietà del gas prodotto da pozzi verticali. Il gas è spesso condiviso da tutti i proprietari terrieri in un blocco di terreno o una distanza di raggio dal pozzo produttivo.
I pozzi orizzontali introducono una nuova variabile: un singolo pozzo può penetrare e produrre gas da più appezzamenti con proprietari diversi. Come possono essere equamente condivise le royalties di questo gas? Questa domanda è normalmente risolta prima della perforazione attraverso una combinazione di regole governative e accordi privati di condivisione delle royalties. Come vengono divise le royalties e come vengono trattati i proprietari terrieri “resistenti” può essere più complesso rispetto a un pozzo verticale.
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