Über 9000 Meter! Auf in die Tiefen der Erde! Warum kann „Shendi Nr. 1“ den Rekord brechen?

Der Kreis Shaya in der Präfektur Aksu in Xinjiang liegt im Tarimbecken und am äußeren Rand der Taklamakan-Wüste, der zweitgrößten Wanderwüste der Welt. Als Teil des Königreichs Kucha an der alten Seidenstraße erstrahlte dieser Ort einst in der Pracht der alten westlichen Kultur.

Naturschutzgebiet Populus euphratica im Kreis Shaya, Präfektur Aksu, Xinjiang (Bildquelle: Wikipedia)

Kürzlich kamen gute Nachrichten vom Shunbei-Öl- und Gasfeldstützpunkt des von der Sinopec Group ins Leben gerufenen „Deep Earth Project“: Die Bohrung „Deep Earth Nr. 1“ Yuejin 3-3XC stellte zwei Rekorde auf:

Erstens: Der Brunnen wurde bis zu einer Tiefe von 9.432 Metern gebohrt und stellt damit einen neuen Rekord für den tiefsten Brunnen an Land in Asien dar;

Der zweite Punkt: Durch die horizontale Ausdehnung von 3.400 Metern unter der Erde wurde ein neuer Rekord für die horizontale Verschiebung bei Ultratiefbohrungen aufgestellt.

Bildquelle: Nachrichtenagentur Xinhua

Hinter diesen beiden rekordverdächtigen Leistungen stehen die vielen Spitzentechnologien meines Landes für die „Erkundung tiefer Erdschichten“.

1. Öl- und Gasvorkommen liegen tief unter der Erde

Die Entwicklung strategischer Spitzentechnologien in den Bereichen Tiefsee, tiefe Erde, Weltraum und tiefes Blau ist Teil von Chinas großem wissenschaftlichen und technologischen Innovationsplan. Eine wichtige positive Reaktion auf die Strategie der „Deep Earth Exploration“ (also der Tiefenerde) ist die Erkundung tiefer Öl- und Gasvorkommen .

Jemand fragte: Warum müssen wir bei der Suche nach Öl- und Gasvorkommen „tiefer“ vordringen? Dies hängt mit dem aktuellen Trend zusammen, dass die Öl- und Gasreserven immer tiefer werden. Statistiken aus dem Jahr 2016 zufolge beträgt das Öläquivalent der tiefen und ultratiefen Öl- und Gasressourcen meines Landes mehr als 67 Milliarden Tonnen und macht damit mehr als ein Drittel der gesamten Öl- und Gasressourcen meines Landes aus.

(Öläquivalent ist ein Umrechnungsindex zur Berechnung verschiedener Energiemengen basierend auf dem Heizwert von Standardöl. Der Heizwert von 1 kg Öläquivalent wird mit 42,62 MJ berechnet.)

Würde sich das Problem der Energieknappheit bei Öl und Gas auf diese Weise nicht erheblich lindern lassen? Es ist nicht so einfach, diese Öl- und Gasressourcen aus tiefen und ultratiefen Schichten zu gewinnen.

Illustration des Öl- und Gasentstehungsprozesses (Fotoquelle: Tuchong Creative)

Die Standards zur Klassifizierung tiefer und ultratiefer Schichten sind weltweit und in meinem Land unterschiedlich. Aus der Perspektive der Öl- und Gasexplorationspraxis meines Landes hat das National Mineral Reserves Committee im Jahr 2005 die folgende Definition vorgenommen:

Tiefe Schicht: 3500 bis 4500 Meter tief

Ultratiefe Schicht: unter 4500 Metern

Nach mehr als zehn Jahren Praxis und Erfahrungszusammenfassung in der Öl- und Gasexploration haben chinesische Wissenschaftler die Unterschiede in den Temperaturfeldern zwischen den östlichen und westlichen Regionen meines Landes kombiniert, um die tiefen und ultratiefen Schichten in den östlichen bzw. westlichen Regionen zu definieren:

Tiefe Schicht im östlichen Bereich: 3500 bis 4500 Meter tief

Ultratiefe Schicht im östlichen Bereich: unter 4.500 Metern

Tiefe Schicht im Westen: 4500 bis 6000 Meter tief

Ultratiefe Schicht im Westen: unter 6000 Metern

2. Obwohl die Tiefe gemessen werden kann, sind Öl und Gas schwer zu bekommen

Auf dem Shunbei-Öl- und Gasfeld „Deep Earth No. 1“ liegt die durchschnittliche Tiefe der Öl- und Gaslagerstätten über 8.000 Meter, was es zu einem typischen „extra tiefen“ Öl- und Gasfeld macht. Die fertiggestellte Bohrtiefe des Bohrlochs „Shen Di Nr. 1“ Yuejin 3-3XC überstieg 9.000 Meter. Bei seinem Bohrprojekt traten zunächst die üblichen Probleme auf, die bei ultratiefen und ultratiefen Bohrungen auftreten:

Die Schichten sind sehr alt und haben eine lange Entwicklungsphase durchlaufen. Die Schichtstruktur ist äußerst komplex und befindet sich größtenteils in einer Umgebung mit hohen Temperaturen und hohem Druck. Die tiefen Flüssigkeiten sind reich an sauren Gasen wie Schwefelwasserstoff und Kohlendioxid.

Darüber hinaus hat der Brunnen „Shendi Nr. 1“ Yuejin 3-3XC eine „ausgeprägte Persönlichkeit“, sodass auch hier einige „Persönlichkeitsprobleme“ auftraten:

Der Brunnen liegt außerhalb der ökologischen roten Linie des Feuchtgebietsnaturschutzgebiets am Oberlauf des Tarim-Flusses im Kreis Shaya, Xinjiang. Doch das zu fördernde Öl und Gas liegt nicht dort, sondern in einer über 7.200 Meter tiefen, ultratiefen Schicht im rund 3.400 Meter entfernten Schutzgebiet.

Sinopecs „Shendi Nr. 1“ Yuejin 3-3XC, gut fotografiert von einer Drohne (Fotoquelle: Nachrichtenagentur Xinhua)

Es handelt sich daher um eine „horizontale Verschiebung“ von mehreren Kilometern unter der Erde . Beim Bohrvorgang eines derart großen Verdrängungsbrunnens kommt es aufgrund der Schwerkrafteinwirkung leicht dazu, dass sich Bohrklein in den Brunnenabschnitten mit größerer Brunnenneigung oder in horizontalen Abschnitten ansammelt und so ein Bohrkleinbett bildet. Wenn sich das Öl weiterhin ansammelt, wird dies zu großen Hindernissen für das Bohrprojekt führen .

3. Herausforderungen meistern und Durchbrüche erzielen

Herausforderung 1 meistern: Intelligente Big Data vs. komplexe geologische Umgebung

Angesichts komplexer und rauer geologischer Bedingungen in extrem tiefen Schichten richteten Techniker ein System zur Echtzeit-Risikowarnung für die Bohrung „Shendi Nr. 1“ Yuejin 3-3XC ein und nutzten dabei Big Data, technischen Fernsupport und andere Mittel zum Schutz des Projekts in vollem Umfang.

In den letzten Jahren war die Anwendung intelligenter Big-Data-Bohrtechnologie bei der Entwicklung der Öl- und Gastechnik nicht mehr aufzuhalten. Intelligente Big Data durchdringen nahtlos den gesamten Bohrprozess. wie:

Das Bohrlochmesssystem erkennt Bohrlochwerkzeuge in Echtzeit und „übermittelt“ die Erkennungsdaten in Echtzeit an das Analysesystem, um die Daten zu analysieren und den besten Plan für die nächste Phase zu entwerfen.

Das Messsystem während des Bohrens kann die in der Zielschicht involvierten geologischen Parameter „erfassen“ und nach der Datenanalyse zeitnah genaue geologische Informationen „zurückmelden“.

Im August dieses Jahres bedienten Arbeiter die von meinem Land unabhängig entwickelte automatisierte Tiefbohranlage, um Bohrarbeiten an der Öl- und Gasquelle Yuejin 3-3XC durchzuführen (Fotoquelle: Nachrichtenagentur Xinhua).

In den Augen der Öl- und Gasingenieure handelt es sich hierbei um einen bedeutenden technologischen Wandel: Man muss sich beim Bohren nicht mehr allein auf die Erfahrung verlassen, das Zeitalter des wissenschaftlichen Bohrens hat begonnen.

Speziell für die Bohrung „Shendi Nr. 1“ Yuejin 3-3XC wurde ein äußerst präzises Bohrlochmess- und -kontrollsystem eingerichtet. Signale aus über 7.000 Metern Tiefe können sofort zur Erde übermittelt werden. Dies ist, als würde man einem Bohrer den letzten Schliff geben: Man gibt dem Bohrer Augen und passt den „Hub“ in Echtzeit an die jeweilige Situation an, sodass die horizontale Bohrung Kurzstreckenfreiheit und Kurzzyklusfreiheit erreicht.

Problem 2: Ultratiefe und große Hubraumtechnologie versus „ultratief“ + „großer Hubraum“

Es gibt unterschiedliche Definitionen von Bohrlöchern mit erweiterter Reichweite. Eine davon stammt von der britischen BP Company und der amerikanischen ARCO Company: Eine Richtbohrung oder Horizontalbohrung mit einer horizontalen Verschiebung (HD) von mehr als 3.000 Metern kann als Extended Reach Well (ERW) bezeichnet werden.

Schematische Darstellung der Horizontalverlagerung beim Bohren (Quelle: Wikipedia)

Die Bohrung „Deep Earth No. 1“ Leap Forward 3-3XC weist eine horizontale Verschiebung von 3.400 Metern auf, und Öl und Gas werden in Schichten von weit über 6.000 Metern gefördert, sodass „ultratief + große Verschiebung“ zu einem heiklen Problem geworden ist . Um dieses Problem zu lösen, verwendeten die Techniker eine Ultratiefen-Großverdrängungstechnologie , bei der sie zunächst gerade nach unten und dann horizontal vordrangen und sich so über 3.000 Meter horizontal unter der Schicht erstreckten, um Öl- und Gasvorkommen zu erschließen.

4. Draußen Rekorde brechen, drinnen Öl und Gas fördern

Das Brechen des Rekords ist sicherlich ein Grund zum Feiern, aber noch erfreulicher ist, dass die Bohrung „Shendi Nr. 1“ Yuejin 3-3XC tatsächlich einen ertragreichen Öl- und Gasfluss erzielt hat. Laut Statistik können täglich 200 Tonnen Rohöl und 50.000 Kubikmeter Erdgas gewonnen werden. Darüber hinaus wurden zwei ultratiefe Großverdrängungsbohrungen errichtet, die in Verbindung mit der Bohrung Yuejin 3-3XC eine Rohölproduktion von insgesamt 58.000 Tonnen ermöglichen, wobei die neu hinzugekommenen förderbaren Reserven 300.000 Tonnen übersteigen.

Mitarbeiter zeigen das vor Ort produzierte Rohöl (Fotoquelle: Nachrichtenagentur Xinhua)

Das Bohrprojekt der Bohrung „Shendi Nr. 1“ Yuejin 3-3XC hat bewiesen, dass mein Land zu den weltweit führenden Ländern in der Tiefenerdtechnologie und bei Projekten zur Erkundung tiefer Öl- und Gasvorkommen zählt und damit eine solide technische und ingenieurtechnische Grundlage für die Gewährleistung der Energiesicherheit meines Landes gelegt hat.

Quellen:

[1] Yang Fei, Zhou Jing. Forschung zur Entwicklung intelligenter Big-Data-Bohrtechnologie[J]. Petrochemische Technologie, 2017, 24(09):

[2] Feng Fei. Forschung zum Fortschritt der Horizontalbohrtechnologie[J]. Western Mining Engineering, 2023, 35(07):

[3] He Dengfa, Jia Chengzao, Zhao Wenzhi et al. Forschungsfortschritt und Schlüsselfragen der ultratiefen Öl- und Gasexploration in China[J]. Erdölexploration und -entwicklung, 2003.

[4] Guan Xiaodong, Guo Lei. Neue Fortschritte und Perspektiven in der Untersuchung tiefer und ultratiefer Öl- und Gasvorkommen[J]. Experimentelle Erdölgeologie, 2023, 45(02):

[5] Miao Xiang, Qin Tianbao, Shi Lei et al. Analyse der Faktoren, die die Bohrkleinmigration in Bohrlöchern mit großer Reichweite beeinflussen[J]. Chinesische Standards und Qualität im Erdöl- und Chemiesektor, 2021, 41(18):

[6] Zhang Kang, Lu Xin, Zhang Jiali et al. Diskussion über das technische Standardsystem der Ultratiefbohrung und -komplettierung[J]. Technische Aufsicht der Erdölindustrie, 2023, 39(10):

Autor: Zhai Guoqing, Mitglied der China Science Writers Association

Gutachter: Zhu Chuanqing, Professor der Fakultät für Geowissenschaften, China University of Petroleum (Peking)

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