アスリートのパフォーマンスを段階的に向上させることで、勝利を収めるチームを作り上げることが可能であることは、よく知られています。油田操業も例外ではなく、この可能性を活かして不必要な介入コストを削減することが重要です。原油価格の変動に関わらず、業界全体として、可能な限り効率性を高めるよう、経済的、社会的な圧力に直面しています。
現在の状況下では、既存の油井に新たな坑井を掘削して既存の資産から最後の1バレルの石油を採掘することは、費用対効果の高い戦略と言えるでしょう。ただし、費用対効果の高い方法で実施できることが前提となります。コイルドチュービング掘削（CT）は、従来の掘削方法に比べて多くの点で効率性を向上させる技術ですが、十分に活用されていません。本稿では、CTDがもたらす効率性の向上を事業者がどのように活用し、コスト削減につなげることができるかについて説明します。
参入に成功。現在までに、コイルドチュービング（CTD）掘削技術は、アラスカと中東の2つのニッチ市場で成功を収めているが、それぞれ異なるニッチ市場となっている（図1）。北米では、この技術はまだ広く使用されていない。ドリルレス掘削とも呼ばれるCTD技術は、パイプラインの背後にあるバイパス埋蔵量を低コストで抽出するために使用できる方法を説明する。場合によっては、新しい分岐の投資回収期間は数か月で測定できる。CTDは低コストの用途に使用できるだけでなく、アンダーバランス操業に対するCTの固有の利点により、枯渇した油田の各坑井の成功率を大幅に向上させる操業上の柔軟性を提供できる。
CTDは、枯渇した在来型石油・ガス田の生産量を増やすために、アンダーバランス掘削で使用されてきました。この技術の応用は、中東の低浸透率で生産量が減少している貯留層に非常に効果的に適用されており、過去数年間でCTD掘削装置の数は徐々に増加しています。アンダーバランスCTDを使用する場合、新規坑井または既存坑井を通じて再導入することができます。CTDのもう一つの大きな成功例は、アラスカ州ノーススロープでの複数年にわたる応用です。ここでは、CTDは古い坑井を再稼働させ、生産量を増やすための低コストな方法を提供しています。この応用における技術は、ノーススロープの生産者が利用できるマージンバレル数を大幅に増加させます。
効率向上はコスト削減につながります。CTDは、従来の掘削方法よりもコスト効率が高い場合が2つの理由からあります。まず、1バレルあたりの総コストを見ると、CTDによる再掘削は新規増設井よりもコストが低くなります。次に、コイルドチュービングの適応性により、坑井コストの変動が抑制されます。以下に、さまざまな効率性とメリットを示します。
作業手順。掘削装置を使用しない掘削、全作業におけるCTDの使用、またはワークオーバーリグとコイルドチュービングの組み合わせが可能です。プロジェクトの構築方法は、その地域のサービスプロバイダーの利用可能性と経済性によって決まります。状況によっては、ワークオーバーリグ、ワイヤーラインリグ、コイルドチュービングの使用により、稼働時間とコストの面で多くのメリットが得られます。一般的な手順は次のとおりです。
ステップ3、4、5はCTDパッケージを使用して実行できます。残りのステップはオーバーホールチームが実施する必要があります。ワークオーバーリグの費用が比較的安い場合は、CTDパッケージの設置前にケーシングの出口作業を行うことができます。これにより、CTDパッケージは最大限の価値が得られた場合にのみ支払われることになります。
北米における最善策は、CTDパッケージを実施する前に、ワークオーバーリグを用いて複数の坑井でステップ1、2、3を実行することです。CTD作業は、対象となる地層にもよりますが、最短で2～4日で完了します。そのため、オーバーホール作業はCTD作業の後に実施でき、CTDパッケージとオーバーホールパッケージは完全に連携して実行されます。
使用する機器と作業手順を最適化することで、操業コスト全体に大きな影響を与えることができます。コスト削減の機会は、操業場所によって異なります。掘削不要のワークオーバーユニットを用いた作業が推奨される場所もあれば、コイルドチュービングユニットを用いて全ての作業を行うのが最適な場合もあります。
場所によっては、流体回収システムを2つ用意し、最初の井戸の掘削時に2つ目のシステムを設置する方が費用対効果が高い場合があります。最初の井戸からの流体パッケージは、掘削パッケージを介して2つ目の井戸に移送されます。これにより、井戸ごとの掘削時間を最小限に抑え、コストを削減できます。フレキシブルパイプの柔軟性により、稼働時間を最大化し、コストを最小限に抑えるための最適な計画が可能になります。
比類のない圧力制御能力。CTDの最も明白な能力は、坑井圧力の精密な制御です。コイルドチュービングユニットはアンダーバランス運転用に設計されており、アンダーバランス運転とアンダーバランス掘削の両方で、標準でBHPチョークを使用できます。
前述のとおり、掘削作業から制御圧力オーバーバランス作業、そしてアンダーバランス作業へと迅速に切り替えることも可能です。従来、CTDは掘削可能な水平方向の長さに制限があると考えられていました。しかし現在では、アラスカ州ノーススロープで行われた最近のプロジェクト（横方向の長さが7,000フィートを超える）からもわかるように、制限は大幅に緩和されています。これは、連続回転ガイド、大径コイル、そしてBHA（ボトムホールアセンブリ）内の長尺ツールを使用することで実現できます。
CTDパッケージに必要な機器。CTDパッケージに必要な機器は、貯留層と、ドローダウン選択が必要かどうかによって異なります。変更は主に流体の戻り側で発生します。図3に示すように、ポンプ内に簡単な窒素注入接続を簡単に設置でき、必要に応じて2段階掘削に切り替えることができます。窒素ポンプは、米国のほとんどの場所で簡単に移動できます。アンダーバランス掘削作業に切り替える必要がある場合は、運用上の柔軟性を確保し、コストを削減するために、背面側でより綿密なエンジニアリングが必要です。
噴出防止装置スタックの下流側にある最初の構成要素は、スロットルマニホールドです。これは、坑底圧力を制御するために使用されるすべてのCT掘削作業の標準です。次の装置はスプリッターです。オーバーバランス掘削作業において、ドローダウンが予測されない場合は、単純な掘削ガス分離器を使用できます。この分離器は、坑井制御状況が解決されない場合はバイパスできます。ドローダウンが予測される場合は、最初から3相または4相分離器を構築するか、掘削を停止して完全な分離器を設置することができます。スプリッターは、安全な距離に設置された信号フレアに接続する必要があります。
セパレーターの後には、ピットとして使用されるタンクがあります。可能であれば、これらはシンプルなオープントップの破砕タンクまたは生産タンクファームです。CTDを再挿入する際のスラッジの量が少ないため、シェーカーは必要ありません。スラッジはセパレーターまたは水圧破砕タンクのいずれかに沈殿します。セパレーターを使用しない場合は、セパレーターの堰溝を分離するためにタンクにバッフルを取り付けます。次のステップは、最終ステージに接続された遠心分離機をオンにして、再循環前に残りの固形物を取り除くことです。必要に応じて、タンク/ピットシステムに混合タンクを含めて、シンプルな固形物を含まない掘削流体システムを混合したり、場合によっては、あらかじめ混合された掘削流体を購入したりすることができます。最初の井戸の後、混合泥を井戸間で移動して、泥システムを使用して複数の井戸を掘削することが可能なので、混合タンクは一度だけ設置すれば済みます。
掘削流体に関する注意事項。CTDに適した掘削流体にはいくつかの選択肢があります。重要なのは、固体粒子を含まない単純な液体を使用することです。ポリマーを添加した抑制剤入りブラインは、正圧または制御圧用途において標準的なものです。この掘削流体は、従来の掘削リグで使用される掘削流体よりも大幅に安価でなければなりません。これにより、運用コストが削減されるだけでなく、万が一の損失発生時の追加損失関連コストも最小限に抑えられます。
アンダーバランス掘削の場合、掘削流体は二相式または単相式のいずれかになります。これは、貯留層圧力と坑井設計によって決まります。アンダーバランス掘削に使用される単相流体は、一般的に水、塩水、油、または軽油です。これらの流体は、窒素を同時に注入することでさらに軽量化できます。
アンダーバランス掘削は、地表層の損傷や汚染を最小限に抑えることで、システムの経済性を大幅に向上させることができます。単相掘削流体を用いた掘削は、一見コストが低いように見えますが、地表の損傷を最小限に抑え、高コストな刺激処理を不要にすることで、オペレーターは経済性を大幅に改善でき、最終的には生産量の増加につながります。
BHAに関する注記。CTD用のボトムホールアセンブリ（BHA）を選択する際には、考慮すべき重要な要素が2つあります。前述のとおり、構築時間と展開時間は特に重要です。したがって、最初に考慮すべき要素は、BHAの全長です（図4）。BHAは、メインバルブを完全に通過できる長さで、かつエジェクターをバルブからしっかりと固定できる長さである必要があります。
展開手順は、BHAを坑井内に設置し、インジェクターとルブリケーターを坑井上に設置し、BHAを地上ケーブルヘッドに組み立て、BHAをルブリケーター内に引き込み、インジェクターとルブリケーターを坑井内に戻し、BOPへの接続を構築することです。このアプローチでは、タレットや圧力展開は不要で、迅速かつ安全な展開が可能です。
2つ目の考慮事項は、掘削する地層の種類です。CTDでは、方向掘削ツールの面方向は、掘削BHAの一部であるガイドモジュールによって決定されます。オリエンテーラーは、方向掘削リグの要求がない限り、停止することなく時計回りまたは反時計回りに回転するなど、連続的にナビゲートできる必要があります。これにより、WOBと横方向の到達範囲を最大化しながら、完全にまっすぐな穴を掘削できます。WOBが増加すると、高いROPで長辺または短辺を掘削しやすくなります。
テキサス州南部を例に挙げると、イーグルフォード頁岩層では2万本以上の水平坑井が掘削されている。 この油田開発は10年以上前から活発に行われており、廃坑・閉鎖が必要となる限界油井の数は増加傾向にある。 この油田開発は10年以上前から活発に行われており、廃坑・閉鎖が必要となる限界油井の数は増加傾向にある。 Месторождение активно действует уже более десяти лет, и количество малорентабельных скважин, требующих P&A, увеличивается。 この油田は10年以上稼働しており、閉鎖・廃棄が必要な限界油井の数は増加傾向にある。この計画は数十年にわたって続いており、P&A の必要な量は増加し続けています。 P&A の細井の数は増加中です。 Месторождение активно действует уже более десяти лет, и количество краевых скважин, требующих P&A, увеличивается。 この油田は10年以上稼働しており、閉鎖・除去が必要な水平坑井の数は増加傾向にある。イーグルフォード頁岩を生産するすべての油井は、長年にわたり商業規模の炭化水素を生産してきた実績のあるオースティン白亜層を通過する。市場に出回る可能性のある追加の原油を有効活用するためのインフラも整備されている。
オースティンでの白亜層の掘削は、無駄が多いという問題が大きな要因となっています。石炭紀の地層は亀裂が多く、大きな亀裂を越える際に大きな損失が発生する可能性があります。掘削には通常、油性泥水が使用されるため、失われた油性泥水のコストは、井戸のコストのかなりの部分を占めることがあります。問題は、失われた掘削液のコストだけでなく、井戸のコスト変動にもあります。これらの変動も、年間予算を作成する際に考慮する必要があります。掘削液コストの変動を抑えることで、事業者は資本をより効率的に活用できるようになります。
使用できる掘削液は、チョーク弁で坑内圧力を制御できる、固形物を含まないシンプルな塩水です。例えば、粘着剤としてキサンタンガム、濾過制御剤としてデンプンを含む4% KCl塩水溶液が適しています。この液の比重は約8.6～9.0ポンド/ガロンで、地層を過圧するために必要な追加圧力はチョーク弁によって加えられます。
損失が発生した場合、掘削は継続できます。損失が許容範囲内であれば、チョークを開けて循環圧力を貯留層圧力に近づけるか、損失が解消されるまで一定期間チョークを閉じることもできます。圧力制御という点では、コイルドチュービングの柔軟性と適応性は、従来の掘削装置よりもはるかに優れています。
コイルドチュービング掘削時に検討できるもう一つの戦略は、高浸透性フラクチャーを横断した時点でアンダーバランス掘削に切り替えることです。これにより、漏洩の問題を解決し、フラクチャーの生産性を維持できます。つまり、フラクチャーが交差しない場合は、低コストで通常通り坑井を完成させることができます。しかし、フラクチャーを横断した場合は、アンダーバランス掘削によって地層を損傷から保護し、生産量を最大化できます。適切な機器と軌道設計を用いれば、オースティン・チャルカでは7,000フィート以上掘削することが可能です。
一般化。この記事では、CT掘削を使用した低コストの再掘削キャンペーンを計画する際の概念と考慮事項について説明します。各アプリケーションは若干異なりますが、この記事では主な考慮事項を取り上げています。CTD技術は成熟しましたが、その応用は、初期の頃にこの技術を支えた2つの特定の分野に限定されていました。CTD技術は現在、長期的な活動の財政的負担なしに使用できます。
価値の可能性。数十万もの生産井はいずれ閉鎖を余儀なくされるが、パイプラインの背後には依然として商業的に利用可能な量の石油とガスが存在する。CTDは、最小限の資本支出で放出を延期し、バイパスリザーブを確保する手段を提供する。また、ドラム缶は非常に短期間で市場に投入できるため、事業者は長期契約を必要とせず、数週間で高価格の恩恵を受けることができる。
効率性の向上は、デジタル化、環境改善、運用改善など、業界全体に恩恵をもたらします。コイルドチュービングは、世界の特定の地域でコスト削減に貢献してきましたが、業界が変化する今、より大規模な規模で同様のメリットをもたらすことができます。