さあ、「グループ」でシェールの「地下宮殿」を探しに行きましょう

古代、人々は水を得るために水文地質学的調査を行い、井戸を掘りました。今日、人々はシェールの「スイートスポット」を探し、地下のシェールオイルを採掘するために井戸を掘っています。 2020年末、大慶古龍シェールオイル実験区第1プラットフォームの工場型坑井建設プロジェクトが始動した。 7つの巨大な鋼鉄製掘削装置が7つの油井の近くに配備され、7つの地下通路がシェールオイル層に向かって進んでいった。なぜここにそびえ立つ掘削塔が集まっているのでしょうか?地下道はどこに通じているのでしょうか？掘削プロセスではどのような「魔法の武器」が使用されますか?

「スイートスポット」を見つけて「ゴールデンターゲット」を構築する

スイカを開けてみると、真ん中の部分が糖度が高く、最も甘く、最も美味しいことがわかります。この部分がスイカの「デザート」です。地下深くに埋まっているシェールオイル貯留層にも、同様の「スイートスポット」領域がある。

古龍シェールオイルの濃縮度は低く、抽出コストは高い。シェールオイル開発の商業的収益性を達成するために、油井建設の核心は地層内の「スイートスポット」を見つけることです。古龍低地は非常に大きいのですが、どうやって「スイートスポット」を見つけるのでしょうか?

古龍頁岩油は主に頁岩基質の細孔と層状亀裂に存在します。古龍シェールオイル貯留層は連続的で均一な存在のように見えますが、地層や地域によって地質条件に一定の違いが見られます。一部の地域では石油やガスが豊富で、豊富な元々の有機物が完全に変換され、遊離炭化水素の含有量が高くなっています。一部の地域では、より大きな直径の孔によって石油貯蔵スペースが大きくなり、石油とガスの流れが容易になります。一部の地域では成熟度が適切で、有機物から大量の油が生成され、その場で貯蔵されます。これらの地域は通常、地質学的に「スイートスポット」と呼ばれます。一部の地域では岩石が脆く、破砕圧力が低く、水圧破砕しやすいため、工学上の「スイートスポット」と呼ばれています。これら両方の特徴を兼ね備えた地域が、古龍シェールオイルの「スイートスポット」です。

探査が進むにつれて、異なる地域や層の油井の地質条件は基本的に類似しているものの、異なる破砕および変換技術の使用により、油井の生産量は大きく異なります。地質学と工学を融合する考え方を応用し、地震探知、物理探査、実験室分析などのさまざまな方法を頼りに、3次元の地質モデルを確立し、さらに「スイートスポット」に掘削の「ゴールデンターゲット」を構築して、シェールオイルを正確に発見し、効率的に開発できるようにします。

井戸建設のための3つのツールをうまく活用して、すぐにチャネルを開き、「石油ドラゴン」を引き寄せます

「ゴールデンターゲット」を構築した後、それを地面に接続して「リモートターゲットシューティング」を実現するにはどうすればよいでしょうか。現場での坑井軌道設計に応じて、特殊な制御ツールを使用して、ドリルビットを地下の特定のセクションで水平に掘削し、「L」字型の軌道を持つ坑井を形成します。

古龍シェールオイル水平井の平均掘削距離は通常5キロメートルです。構造が複雑で、崩壊や漏洩が起きやすい青山口層の水平貫入長は2.3キロメートルを超えており、掘削のスピードアップや効率向上に多くの困難が生じている。どうすれば「ターゲット」を的確に捉え、素早く井戸を掘ることができるのでしょうか?

掘削工学の業界では、「ドリルビットが目標に到達しなければ石油もガスも出ない」とよく言われます。ドリルビットは穴あけ作業において最も重要な工具です。掘削リグのターンテーブルやトップドライブなどの回転動力装置によって駆動されるドリルビットは、地層の岩石を継続的に破壊し、最終的に坑井を形成します。古龍シェールオイル掘削では、最も経済的で効率的な多結晶ダイヤモンド複合材（PDC）ドリルビットが使用され、このドリルビットには複数の「自己研磨」PDC切削歯が埋め込まれています。この高級バージョンのドリルビットは、ダイヤモンドの高硬度、高耐摩耗性、熱伝導性に加え、超硬合金の強度と衝撃靭性を備えています。地下の古龍頁岩における高温や軟質層と硬質層間の課題に容易に対処でき、シェールオイル井の高速掘削の先駆者です。

ドリルビットを「ゴールデンターゲット」内に移動させるにはどうすればよいでしょうか? PDC ドリルビットは「ブラインド」であり、掘削中のログ記録とガイダンス システムの助けを借りて、規定のルートに沿ってのみ移動できます。 LWD 潜水艦は「見張り」です。地下のパラメータをリアルタイムで測定・送信することで、地上の人がドリルビットや坑井のさまざまな情報を「見る」ことができ、ドリルビットを目標層に直接誘導して「スイートスポット」に向かうことができます。方向性掘削ツールは「ステアリングホイール」です。地上制御の掘削リグ回転システムと組み合わせることで、坑井を「まっすぐ」にしたり「曲げ」たりすることができ、ドリルビットが指す場所ならどこでも掘削できるようになります。

青山口層の本来の応力バランスが崩れると、井戸壁の剥離や崩壊などの問題が発生しやすくなります。このとき、「掘削血液」と呼ばれる掘削流体は安定化モードに入ります。 「カスタムメイド」の崩壊防止および詰まり防止の油性掘削流体として、油性成分は掘削ツールを潤滑し、シェールの水和と地層のスラリー化を抑制し、迅速な掘削を促進します。比重により液柱圧力が生じ、坑底圧力とバランスを取り、坑井壁を支えます。さまざまな封鎖材料を組み合わせて、井戸壁を密閉するための緻密で完全な密閉ベルトを形成します。このようにして、ドリルビットは強化された「鉄壁」に穴を開けることができ、高速の「ターゲット射撃」がよりスムーズになります。

採掘をより効率的にするために井戸工場の組立ラインを構築する

油井工場とは、油井を迅速に建設する「工場」です。この技術は北米発祥で、米国の「シェールガス革命」を実現させた画期的な技術です。工場式井戸掘りとは、標準化された設備やサービスを用いて、工場の生産ラインや組立ラインと同様の方法で掘削し、同じ地域に一群の油井を集中的に配備することで、開発効率を向上させ、建設・運営管理コストを削減することを指します。

古龍シェール油井工場は、クラスター井戸の原理に基づいて立体プラットフォームを設計し、2～8本の水平井戸の坑口を同一の掘削プラットフォーム上に「集約」して「並べ」、井戸群を形成します。各井戸の底部は異なる深さと方向に伸びており、地上の占有面積は小さく、地下の貯留層面積は広くなっています。エンジニアは、坑井現場の仕様、坑口の位置、坑井グループの数に応じて、複数の掘削リグによる同時建設を容易にするために坑口間隔と水平セクション間隔を設計します。移動式掘削リグを使用すると、輸送、設置、掘削の変更にかかる時間を節約できるため、掘削コストも削減できます。

古龍シェール油井工場には、1台の掘削リグが連続的に稼働する「小型工場」と、複数の掘削リグが同時に稼働する「大型工場」がある。坑井工場モデルは、資源を統一的に配分し、単一坑井建設モデルよりも建設・生産サイクルが短く、コストが低く、成果も優れているため、古龍シェールオイルの運営モデルは大きく前進しました。

著者：Wang Chunjiao、Cheng Xinyang (大慶油田有限公司)