Lav oljepris gjør det ekstra viktig å redusere kostnadene forbundet med boring og ferdigstillelse av oljebrønner. Løsningen for å stabilisere dem på en billig måte, er å bruke helt vanlig spiker, viser forsøk.
Du har kanskje sett dem: De gigantiske boltene som brukes i tunneler for å stabilisere fjellveggen. Nå har forskere sett på muligheten for å nedskalere teknologien – og bruke den til å gjøre veggen i oljebrønner sterkere.
Dette kan gjøre det mulig raskt å forsterke de delene av brønnen som kan stå i fare for å kollapse under boring og produksjon.
Løsningen er både billigere og raskere enn alternativet: Såkalte liners og casing, som består av å sikre brønnen med stålrør og sement, eller screens, som er et slags stålfilter.
Etter to år med forskning, viser forsøkene at forsterking med spiker har god effekt også på porøse bergarter som sandstein og kritt. Riktignok ved hjelp av spiker i en helt annen dimensjon enn det som brukes i tuneller, forteller SINTEF-forsker og PhD-stipendiat Andreas Nicolas Berntsen.
Mens boltene som brukes i tunneler kan være meterlange, har spikrene som testes ut med tanke på å forsterke en oljebrønn en lengde på maksimalt 10 centimeter.
Skyter veggen sterk
Innfestingsmetoden skiller seg også fra den som brukes i tuneller: Mens forsterkingene i store fjellvegger skjer gjennom at man først borer et hull og deretter setter inn metallboltene, tar forskerne sikte på å skyte inn de forsterkende spikrene rett inn i brønnveggen.
For å feste spikeren i bergprøven brukes en spikerpistol som er drevet av krutt. Målet er å utvikle et verktøy som kan gjøre jobben systematisk og langs hele brønnveggen. Den kan være flere kilometer lang. Foto: Thor Nielsen/SINTEF.
Klikk for å åpne
– Tanken er å utvikle et verktøy som kan sendes ned i oljebrønnen og systematisk skyte inn et tett nettverk av spiker der det trengs, forklarer forskeren.
Så langt er metoden bare testet ut på bergprøver i laben, og med en kraftig kruttdrevet spikerpistol beregnet på innfesting i betong. Verktøyprodusenten Hilti, som er spesialist på spikerpistoler, er med som partner, og skal etter planen bidra i utviklingen av det helt nye verktøyet som vil bli øremerket for oljebransjen.
Så langt er resultatene for spiker-løsningen svært positive:
- Den gjør at brønnstrukturen blir sterkere
- Den hindrer at eksisterende sprekker utvider seg
- Den motvirker at løse biter kommer på avveie – og hinder dermed såkalt sand- og krittproduksjon.
BP Norge finansierer deler av det forskningsrådstøttede prosjektet, og skal sørge for at teknologien kan anvendes i praksis.
Kan øke inntjeningen
Tron Kristiansen, bergmekanisk rådgiver for BP i London, er involvert i prosjektet. Han ser to mulige bruksområder for teknologien:
– Den første er i reservoarseksjoner, der en kan erstatte liners og screens med spiker; dette kan gjøre brønnkonstruksjonen billigere og mer effektiv. Det ser også ut til at spikring kan begrense erosjonen av sand og kritt, som transporteres videre med oljestrømmen. Disse brønnene vil tåle en høyere oljeproduksjon, og dermed ha økt inntjeningen, mener Kristiansen.
Den andre mulige anvendelsen er i veldig svake deler av brønnen som ofte finnes i geologiske lag over reservoaret. Dersom disse kan sikres med spiker i stedet for med tradisjonell casing, kan man bore videre rett etter innskyting.
Ved University of Minnesota finnes utstyr som kan gjenskape trykket i laboratorieprøver, samt måle deformasjon og studere sprekkdannelse.Bildet er tatt under forsøkene. Foto: SINTEF.
Klikk for å åpne
Hvor mye tåler de ulike bergartene?
Sammen med professor og prosjektansvarlig SINTEF-forsker Euripides Papamichos , er Berntsen nå i gang med å studere hvordan bergarter i ulike oljereservoar deformeres med og uten spikerforsterking.
En av utfordringene er nemlig at dette er svært porøse og nokså svake bergarter, som sandstein og kritt. Det gjør at brønnene, som ofte kan være flere kilometer dype, er sårbare for sprekker og ras. Derfor er det gjennomført en rekke tekniske tester ved University of Minnesota.
Her finnes utstyr som kan gjenskape trykket i laboratorieprøver, samt måle deformasjon og studere sprekkdannelse.
– Dette utstyret er unikt i at det også tillater innskyting av spikre under høyt trykk, forklarer Berntsen, som har vært ansvarlig for disse forsøkene.
Regner seg fram til den optimale løsning
Forskerne samarbeider også med University of Cyprus, som har spesialisert seg på numeriske metoder for beregninger og analyser av bergarter.
– Målingene vi gjør i laboratoriet gir oss verdifulle data som forskerne på Kypros benytter i sine numeriske beregninger gjennom datamodellering. Det vil gi oss et svært grundig beslutningsgrunnlag når vi skal gjennomføre de første praktiske forsøkene i en ekte oljebrønn, sier Euripides.
Noe av det som gjenstår, er å finne ut hva minste spikerlengde er, og hvor tett spikrene må settes for å få optimal effekt. Prosjektet varer fram til 2016.
Fakta om spikerforsterkning:
- Under boring kan brønnveggen bli ustabil og stå i fare for å kollapse dersom bergarten ikke tåler belastningen.
- Ved olje- og gassproduksjon strømmer hydrokarbonene ut av den porøse bergveggen og inn i brønnen. Hvis bergveggen eroderes, vil små partikler følge væskestrømmen (sand- eller krittproduksjon) og føre til en rekke problemer.
- En sterkere brønnvegg vil kunne hindre ustabilitet og begrense sand- og krittproduksjon. Tradisjonelt brukes casing, liners (sementerte stålrør) og screens, men i dette prosjektet utforskes muligheten til å oppnå det samme med spikerforsterkning.
- Spikerne er tenkt skutt inn i brønnveggen, og vil fungere noenlunde likt tradisjonell fjellsikring.
- Forskningsprosjektet på spikerforsterkning ledes av SINTEF Petroleum, og finansieres av Forskningsrådet og BP Norge. Professor Rune Martin Holt ved NTNU er tilknyttet prosjektet som veileder.
