Sub-Salt & Pre-Salt

Die Herausforderung:

Salzformationen liegen häufig über öltragenden Formationen, die als Pre-Salt, wenn sie älter als das Salz sind, oder Sub-Salt, wenn sie jünger sind, bezeichnet werden können. Salze sind plastisch und mobil, daher verursachen Veränderungen beim Abraumdruck Faltung und Migration von Salzbetten im Zeitverlauf und damit eine Bildung von Sub-Salt-Formationen. Die Formationen unter dem Salz im Golf von Mexiko sind hauptsächlich Sub-Salt, während die vor der Küste Brasiliens Sub-Salt oder Pre-Salt sein können. Die Ionen-Zusammensetzung der Salze kann sich ebenfalls je nach Region unterscheiden. Salzbetten im Golf von Mexiko sind hauptsächlich NaCl, während die in Brasilien eine Vielzahl von Salzen enthalten, darunter MgCl2, das reaktiver ist. Salzformationen können eine oder mehrere der folgenden Komponenten enthalten:

  • Kalzium – Kalzit, Dolomit, Magnesit
  • Sulfat – Kalziumsulfat und Anhydrit
  • Natrium – Halit
  • Kalium – Kaliumchlorit und Karnallit

Bei Bohren durch Salz muss die wasserhaltige Phase einer Bohrspülung eine Sole mit einem Salzgehalt knapp vor der Sättigung sein. Wenn die Flüssigkeit zu ungesättigt ist, gelangt das Salz in die wasserhaltige Phase, ändert die Flüssigkeitseigenschaften und wäscht das Bohrloch aus, was die Gefahr einer schlechten Zementierungsarbeit erhöht. Wenn die Sole vollständig gesättigt ist, wird die Flüssigkeit im Loch zu dick. Eine gewisse Auswaschung ist nötig, um das Futterrohr einzusetzen. Außerdem kann die Plastizität des Salzes eine Verschiebung verursachen, daher muss das Schlammgewicht in der Nähe des Abraumgradienten liegen oder Salz kann in das Bohrloch gelangen und das Rohr verkleben. Wenn ein Salz übersättigt ist, setzt sich das überschüssige Salz als Feststoff ab und trägt zu den Auswirkungen der Feststoffe auf die Fluid-Rheologien bei.

Austretende Salzformationen stellen ein hohes Risiko dar. So genannte Geröllzonen, die Formationen direkt unter dem Salz, können aufgrund der Eigenschaft des gebildeten Salzkörpers instabil sein. Die Form des Salzes am Austrittspunkt kann eine Falle geschaffen haben, die verhindert, dass Wasser aus den Sedimenten austritt. Diese Falle kann Bedingungen eines erhöhten Porendrucks im unmittelbaren Bereich unter dem Salz oder eine sehr flüssige Formation mit Wasser und Schiefer schaffen. Der Salzkörper ist außerdem leichter als normale Sedimente, was zu verringertem Abraum und niedrigeren Rissgradienten führt, als normalerweise in dieser Tiefe anzutreffen sind.

Lösung:

Salzformationen können je nach Anwendung mit salztoleranten, wasserbasierten Bohrspülungen oder mit Invertemulsion-Flüssigkeiten gebohrt werden. In einer Tiefseeumgebungen können seichte Salzformationen mit steigrohrlosen „Pump and Dump“-Arbeitsgängen gebohrt und dann durch Bohrspülung in der Produktionszone vor Austritt der Salzformation verdrängt werden. Tiefere Salzzonen, wie die, die über dem Bakken liegen, werden häufig mit ölbasierten Flüssigkeiten gebohrt und dann nach Austritt des Salzes zur Produktionszone verdrängt. In steigrohrlosen „Pump and Dump“-Arbeitsgängen verwendet Newpark seinen Salzauswaschrechner, um den Salzgehalt knapp unter gesättigt zu halten. Im normalen Betrieb mit Systemzirkulation sättigt die Bohrspülung die Solephase selbst, was zu einem maßhaltigen Loch führt.

Vor dem Bohren durch Salz arbeiten die Projektmanager von Newpark mit den Bohringenieuren zusammen, um umfassende Strategien für das Salzbohren und den Salzaustritt zu entwickeln und so Auswaschung beim Bohren zu vermeiden und die Gefahr der Geröllzone nach Austreten aus der Salzschicht zu minimieren. Diese Strategien beinhalten die Flüssigkeitsauswahl und die Hydraulikoptimierung der Salzschicht. Die Flüssigkeitsauswahl, die auf Kosten, Leistung und Umweltverträglichkeit basiert, beinhaltet die Berücksichtigung der Flüssigkeitsdichte, des Salzgehalts der Flüssigkeit und der Fluid-Rheologie:

  • Dichte: Auch wenn Salz keinen echten Porendruck hat, der vom Schlammgewicht kontrolliert werden muss, wird das Schlammgewicht verwendet, um die Integrität des Bohrlochs aufrechtzuerhalten und die Kriechrate zu verringern. Die Dichte ist auch für die Möglichkeit von kohlenwasserstofftragenden Einschlüssen erforderlich.
  • Salzgehalt: Der Salzgehalt muss bei oder in der Nähe der Sättigung liegen, um ein maßhaltiges Loch aufrechtzuerhalten und Auswaschungen zu minimieren.
  • Rheologie: Akzeptable Rheologie-Eigenschaften sind erforderlich, um das überschüssige Salz vor dem Bohren aufzulösen, um den Salzgehalt beim Schneiden mit Meerwasser aufrechtzuerhalten. Außerdem ist eine ausreichende Restviskosität nach dem Verschneiden erforderlich, um das Salzbohrklein aufzulösen.

Salzgesättigtes „Pump and Dump“ im Santos-Becken, Brasilien: In der Tiefseeumgebung des Santos-Beckens liegt eine Salzformation zwischen Deckgestein aus Karbonat/Anhydrit und der Produktionsformation. Die Salzformation wird häufig mit einer „Pump and Dump“-Strategie steigrohrlos gebohrt, wobei Flüssigkeit mit hohem Schlammgewicht mit Meereswasser verschnitten wird. Statt hochdichte Flüssigkeit zu verschneiden, entschied sich der Betreiber, eine supersalzgesättigte Sole zu verschneiden.

Ölschlamm mit hohem Salzgehalt und geringer Aktivität verbessert die Leistung beim Bohren in Salznähe: Formationen in Salznähe können einen hohen Zwischengitter-Salzgehalt haben, was zur Notwendigkeit eines höheren Salzgehalts in der Bohrspülung führt. Es gibt eine Reihe von Methoden, die eingesetzt werden können, um den erforderlichen Salzgehalt/die erforderliche Aktivität der Bohrspülung zu schätzen.