アンダーバランス掘削

アンダーバランス掘削( UBD ) は、油井やガス井を掘削するのに使用される手順で、掘削中の地層の静圧よりも坑井内の圧力が低く保たれます。坑井を掘削すると、地層流体が坑井内に流れ込み、地表まで上がります。これは、坑井内の圧力を地層よりも高く保ち、地層流体が坑井に入らないようにする通常の状況とは逆です。このような従来の「オーバーバランス」坑井では、流体の侵入はキックとみなされ、坑井が密閉されていない場合は、危険な状況である噴出につながる可能性があります。しかし、アンダーバランス掘削では、表面に「回転ヘッド」があります。これは基本的に、ドリル ストリングが回転し続けられるようにしながら、生成された流体をセパレーターに迂回させるシールです。

地層の圧力が比較的高い場合、低密度の泥を使用すると、坑井の圧力が地層の間隙水圧以下に下がります。掘削泥に不活性ガスを注入して、等価密度を下げ、坑井深度全体の静水圧を下げることもあります。このガスは不燃性で入手しやすいため、通常は窒素ですが、空気、酸素を減少させた空気、処理された排ガス、天然ガスもすべてこの方法で使用されています。

コイルドチュービング掘削(CTD) では、連続的な掘削とポンピングが可能になるため、アンダーバランス掘削を利用して、貫入率(ROP) を高めることができます。

アンダーバランス掘削にはいくつかの種類があります。最も一般的なものを以下に示します。

• 乾燥空気。これはダスティングとも呼ばれます。ここでは、空気圧縮機とブースター（圧縮機のヘッドを奪って空気の圧力を上げますが、穴に落ちる空気の量は増やしません）を組み合わせて使用​​し、井戸に注入される液体は腐食を減らすための少量の油のみです。
• ミスト。少量の発泡剤（石鹸）が空気の流れに加えられます。空気中の水と泡の微粒子が切削片を地表に戻します。
• 泡。流れの中に大量の発泡剤が追加されます。霧の雰囲気の中の泡と泡の塊が切削片を表面に戻します。
• 安定した泡。流れの中にさらに大量の発泡剤が加えられます。これはシェービングクリームの粘度です。
• エアリフト。水や石鹸のマトリックス内の空気のスラグや泡は、空気の流体の流れに追加することも、追加しないこともできます。
• 通気泥水。掘削泥水の流れに空気または他のガスを注入します。再循環させる前に、空気を除去するための脱ガス装置が必要です。

アンダーバランス井戸には、従来の掘削に比べて次のようないくつかの利点があります。

• 地層へのダメージを最小限に抑えます。従来の井戸では、掘削泥が侵入と呼ばれるプロセスで地層に押し込まれ、地層へのダメージ（一定の圧力と流量で油を井戸に送り込む地層の能力の低下）が頻繁に発生します。これは修復可能な場合と不可能な場合があります。アンダーバランス掘削では、井戸が生産的になるまでアンダーバランス状態を維持すれば、侵入は発生せず、地層へのダメージを完全に回避できます。
• 掘削速度 (ROP) が向上します。坑井底部の圧力が低くなるため、ドリル ビットが岩石を切断して除去しやすくなります。
• 循環損失の低減。循環損失とは、掘削泥が制御不能に地層に流れ込むことです。適切な泥ケーキが形成される前に大量の泥が失われる場合や、損失が永久に続く場合があります。井戸がバランス不足で掘削されれば、泥は地層に入り込まず、問題を回避できます。
• 差動固着を解消します。差動固着とは、ドリル パイプが坑井壁に押し付けられ、その円周の一部に貯留層圧力のみがかかり、残りの部分は坑井圧力によって押し付けられ続けることです。その結果、パイプは壁に固着し、取り外すには数千ポンドの力が必要になり、不可能になることもあります。UBD では貯留層圧力が坑井圧力よりも高いため、パイプは壁から押し出され、差動固着が解消されます。
• 地層の損傷と水分損失を軽減します。一部の岩石層は水に対して反応する傾向があります。掘削泥を使用すると、掘削泥中の水が地層 (主に粘土) と反応し、地層の損傷 (浸透性と多孔性の低下) を引き起こします。アンダーバランス掘削を使用すると、これを防ぐことができます。

アンダーバランス掘削は、通常、従来の掘削（方向性掘削ツールを必要とする偏向井戸を掘削する場合）よりも高価であり、安全性の問題もあります。技術的には、より重い流体が井戸に注入されない限り、井戸は常に噴出状態にあります。空気掘削では、穴からコンプレッサーを外すと、粘性が高い流体が穴内にある場合と比較して、切削片がより速く環状部に落ちるため、より速いアップホール容積が必要です。空気は圧縮性であるため、非圧縮性流体を必要とする掘削中の泥パルス遠隔測定（MWD）ツールは機能しません。この問題を解消するために使用される一般的な技術は、電磁MWDツールまたはワイヤーラインMWDツールのいずれかです。ダウンホールのメカニクスは通常、より激しくなります。これは、より速いアップホール速度が必要なためにバランスまたはオーバーバランスで掘削する場合、ダウンホールモーターまたはダウンホールハンマーを通過する流体の量が同等の流体よりも多くなるためです。腐食も問題ですが、コーティングオイルまたは防錆剤を使用することで大部分回避できます。

参考文献

スティーブ・ナス、第12章「アンダーバランス掘削」、石油工学ハンドブック第2巻、ロバート・ミッチェル編、2007年、II-519～569ページ。ハンドブックは石油技術者協会から入手可能。[1]