Obsah
- Co je to směrové vrtání?
- Proč vrtat studny, které nejsou vertikální?
- Skalní jednotky, které nejvíce těží z horizontálního vrtání
- Horizontální vrtání a hydraulické štěpení v břidlici
- Metodika vrtání
- Nová filozofie pronájmu a licenčních poplatků
Směrové vrtání pod městem: Směrové vrtání lze použít k dosažení cílů, které nelze vyvrtat pomocí svislé studny. Například nemusí být možné získat povolení k vrtání pro dobře umístěnou oblast v obydlené oblasti nebo v parku. Avšak studna mohla být vyvrtána těsně před obydlenou oblastí nebo parkem a poté směrována, aby zasáhla cíl.
Co je to směrové vrtání?
Většina vrtů pro vodu, ropu, zemní plyn, informace nebo jiné podpovrchové cíle jsou vertikální studny - vrtané přímo dolů do země. Vrtání pod jiným úhlem než svislým však může získat informace, zasáhnout cíle a stimulovat nádrže způsobem, který nelze dosáhnout s vertikální studnou. V těchto případech je cenná schopnost přesně řídit studnu ve směrech a úhlech, které se odchylují od svislice.
Když se směrové vrtání kombinuje s hydraulickým štěpením, některé skalní jednotky, které byly při vertikálním vrtání neproduktivní, se mohou stát fantastickými producenty ropy nebo zemního plynu. Příklady jsou Marcellus Shale z Appalachian Basin a Bakken Formation of North Dakota.
Minimalizace stopy: Jeden vrtný polštářek lze použít k vyvrtání několika jamek. To snižuje stopu vrtných operací. V roce 2010 vyvrtla University of Texas v Arlingtonu 22 vrtů na jedné platformě. Tyto studny vypouštějí zemní plyn z asi 1100 akrů pod kampusem. Očekává se, že v průběhu 25 let těžby vyprodukují celkem 110 miliard kubických stop zemního plynu. Alternativou by bylo vyvrtat mnoho studní, z nichž každá by vyžadovala vrtací podložku, rybník, přístupovou cestu a shromažďovací linku.
Proč vrtat studny, které nejsou vertikální?
Směrové a horizontální vrtání bylo použito k dosažení cílů pod sousedními zeměmi, ke zmenšení stopy rozvoje plynového pole, ke zvětšení délky „výplatní zóny“ v studně, k záměrnému protnutí zlomenin, k výstavbě reliéfních vrtů ak instalaci inženýrských služeb pod země, kde těžba je nemožná nebo extrémně nákladná.
Níže je uveden seznam šesti důvodů pro vrtání ne vertikálních vrtů. Jsou graficky znázorněny šesti výkresy na této stránce.
A) Zasáhnout cíle, kterých nelze dosáhnout vertikálním vrtáním.
Někdy se nádrž nachází pod městem nebo parkem, kde je vrtání nemožné nebo zakázané. Tato nádrž může být stále poklepána, pokud je vrtací podložka umístěna na okraji města nebo parku a vrt je vrtán pod úhlem, který protíná nádrž.
B) Vypusťte širokou oblast z jediné vrtací podložky.
Tato metoda byla použita ke snížení povrchové stopy vrtné operace. V roce 2010 byla University of Texas v Arlingtonu uvedena ve zprávách o vrtání 22 vrtů na jediné vrtací podložce, která vypustí zemní plyn z 1100 hektarů pod kampusem. Během 25 let života se očekává, že vrty vyprodukují celkem 110 miliard kubických stop plynu. Tato metoda významně snížila stopu vývoje zemního plynu v areálu areálu.
Maximalizace platové zóny: Pokud je svislá studna vyvrtána skrz 50 stop silnou rezervoárovou horninu, pak může zemní plyn nebo ropa pronikat do studny přes 50 lineárních stop „výplatní zóny“. Pokud je však studna otočena do vodorovné polohy (nebo do stejného sklonu jako skalní jednotka) a vyvrtána uvnitř této skalní jednotky, pak může být vzdálenost průniku v zóně výplaty mnohem větší. Některé horizontální studny mají více než jednu míli průniku placené zóny.
Zlomená nádrž: Některé nádrže mají většinu svých pórových prostorů ve formě zlomenin. Úspěšné vrty musí pronikat do zlomenin, aby do vrtu mohl proudit zemní plyn. V mnoha geografických oblastech existuje dominantní směr lomu, podél kterého je většina zlomenin zarovnána. Pokud je vrt vrtán kolmo k rovině těchto zlomenin, pronikne maximální počet zlomenin.
C) zvětšete délku "platící zóny" v cílové skalní jednotce.
Pokud je skalní jednotka tlustá padesát stop, vertikální studna vyvrtaná skrz ni by měla výplatní zónu, která je dlouhá padesát stop. Pokud je však studna otočena a vrtána vodorovně skrz skalní jednotku na pět tisíc stop, pak bude mít tato jediná studna výplatní zónu, která je dlouhá pět tisíc stop - obvykle to povede k významnému zvýšení produktivity studny. V kombinaci s hydraulickým štěpením může horizontální vrtání přeměnit neproduktivní břidlice na fantastické nádrže hornin.
D) Zlepšit produktivitu vrtů ve zlomené nádrži.
To se provádí vrtáním ve směru, který protíná maximální počet zlomenin. Směr vrtání bude obvykle v pravém úhlu k dominantnímu směru lomu. Geotermální pole v žulovém podloží obvykle získávají téměř veškerou výměnu vody ze zlomenin. Vrtání v pravém úhlu k dominantnímu směru zlomeniny povede studnu přes maximální počet zlomenin.
E) Utěsněte nebo uvolněte tlak v jamce „mimo kontrolu“.
Pokud je studna mimo kontrolu, může být vyvrtána „pomocná studna“, která ji protne. Protínající se jímku lze použít k utěsnění původní jímky nebo ke snížení tlaku v jímce mimo kontrolu.
F) Nainstalujte podzemní inženýrské sítě tam, kde není možný výkop.
Horizontální vrtání se používá k instalaci plynových a elektrických vedení, která musí překročit řeku, křižovatku silnice nebo cestovat pod městem.
Reliéf: Pokud má jamka problém a začíná vytékat mimo kontrolu, musí být utěsněna v hloubce nebo musí být tlak uvolněn. V této situaci lze z blízkého místa vyvrtat „studnu reliéfu“. Odlehčovací jímka bude směrově vrtaná studna, která protíná vrtání problému, aby odtékala část tlaku nebo aby se jímka zasunula čerpáním cementu do vrtu.
Skalní jednotky, které nejvíce těží z horizontálního vrtání
Vertikální studny mohou účinně odvodňovat skalní jednotky, které mají velmi vysokou propustnost. Tekutiny v těchto skalních jednotkách mohou rychle a efektivně proudit do studny na velké vzdálenosti.
Avšak tam, kde je propustnost velmi nízká, se tekutiny pohybují velmi pomalu skálou a necestují velké vzdálenosti, aby dosáhly studny. Vodorovné vrtání může zvýšit produktivitu hornin s nízkou propustností tím, že se vrt vrtá mnohem blíže ke zdroji tekutiny.
Užitková linka: Vedení inženýrských sítí, jako jsou vedení dodávající elektřinu, vodu nebo zemní plyn, se někdy instalují směrovým vrtáním. Tato metoda se používá, když musí překročit silnici, kde by ražba narušila provoz, přes řeku, kde je ražba nemožná, nebo příčnou komunitu, kde by povrchová instalace výkopem byla extrémně nákladná a narušující.
Horizontální vrtání a hydraulické štěpení v břidlici
Snad nejdůležitější roli, kterou horizontální vrtání hrálo, je ve vývoji her na břidlicovém plynu. Tyto horninové jednotky s nízkou propustností obsahují značné množství plynu a jsou přítomny pod velmi velkými částmi Severní Ameriky.
Příklady jsou Barnettovy břidlice v Texasu, Fayettevilleovy břidlice v Arkansasu, Haynesvilleské břidlice v Louisianě a Texasu a Marcellusovy břidlice z Appalačské pánve. V těchto skalních jednotkách není výzvou „nalezení“ nádrže; výzvou je zpětné získávání plynu z velmi malých pórových prostorů v horninové jednotce s nízkou propustností.
Aby se stimulovala produktivita vrtů v břidlicích bohatých na organické látky, společnosti vrtají vodorovně skrz skalní jednotku a poté pomocí hydraulického štěpení vytvářejí umělou permeabilitu, která je otevřena frakčním pískem. Při horizontálním vrtání a hydraulickém štěpení může být produkt dobře produktivní, pokud by vertikální vrt mohl produkovat jen malé množství plynu.
Metodika vrtání
Většina vodorovných studní začíná na povrchu jako vertikální studna. Vrtání pokračuje, dokud vrták není několik set metrů nad cílovou skalní jednotkou. V tomto bodě je potrubí vytaženo ze studny a mezi vrtnou korunku a vrtnou trubku je připojen hydraulický motor.
Hydraulický motor je poháněn proudem vrtného bahna dolů vrtnou trubkou. Může otáčet vrtákem bez otáčení celé délky vrtné trubky mezi vrtákem a povrchem. To umožňuje vrtáku vrtat dráhu, která se odchyluje od orientace vrtné trubky.
Poté, co je motor nainstalován, jsou vrták a trubka spuštěny zpět dolů ze studny a vrták vrtá cestu, která řídí vrtání studny z vertikální do horizontální ve vzdálenosti několika stovek stop. Poté, co byla studna nasměrována do správného úhlu, pokračuje se v přímém vrtání a vrt sleduje cílovou skalní jednotku. Udržování studny v tenké skalní jednotce vyžaduje pečlivou navigaci. Přístrojové nástroje se používají pro stanovení azimutu a orientace vrtání. Tato informace se používá k řízení vrtáku.
Horizontální vrtání je drahé. V kombinaci s hydraulickým štěpením může studna stát až třikrát tolik na stopu než vrtání vertikální studny. Dodatečné náklady jsou obvykle získány zvýšenou produkcí ze studny. Tyto metody mohou znásobit výtěžek zemního plynu nebo oleje ze studny. Mnoho ziskových vrtů by bez těchto metod selhalo.
Nová filozofie pronájmu a licenčních poplatků
Při výrobě plynu z vertikální studny se plyn vyrábí pod jedním pozemkem. Většina států má již dávno zavedená pravidla pro práva nerostných surovin, která řídí vlastnictví plynu vyrobeného z vertikálních studní. Plyn je často sdílen všemi majiteli půdy v bloku země nebo v poloměrové vzdálenosti od produkční studny.
Horizontální studny zavádějí novou proměnnou: jedna studna může pronikat a produkovat plyn z několika pozemků s různými vlastníky. Jak lze spravedlivě sdílet licenční poplatky z tohoto plynu? Tato otázka je obvykle zodpovězena před vrtáním kombinací vládních pravidel a soukromých dohod o sdílení licenčních poplatků. Jak jsou licenční poplatky rozděleny a jak se zachází s „drženými“ majiteli půdy, může být složitější než s vertikální studnou.