地熱井掘削監督養成講座
令和5年2月ハリバートン・オーバーシィーズ・リミテッド
遠藤 聡©2022 Halliburton. All rights reserved.

目次

目次
• 前回のおさらい• セメンチングの目的• ベストなセメンチングを行うために• 地熱井のセメンチングの難しさ• 質問を受けて• インナーストリングと2栓式ケーシングセメンチングの使い分け• ライナー、 タイバックとステージセメンティングの使い分け• セメンチング中のトラブル対応• シミュレーションの計算について• 新しい試み• リバースサーキュレーションセメンチング• Ovidiu Expanding Isolation System• CO2対策セメント3前回のおさらいセメンチングの目的• 地層間の導通防止• ケーシングのサポート• 逸水区間からの隔離• 不必要な層からの生産防止• ケーシングの腐食防止• ベストは、ZERO Free water、適切な圧縮強度を持ったセメントを100％置換する

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ベストなセメンチングを行うために• ZERO Free water：セメントデザインの考慮が必要• 比重 温度 圧縮強度
• 置換効率を上げる-CAMPS• シミュレーションによる置換効率計算⎯ Centralization: スタンドオフ計算によりセントラライザーの位置によるケーシングの坑内位置（スタンドオフ）の最適化⎯ Annular Fluid Velocity: ポンプレートの最適化⎯ Mud Properties：泥水特性• Pipe Movement: 管動を行い 流速に変化を与える• Spacers and Flushes: スペーサーの使用 セメントと泥水のコンタミネーション防止、置換効率を上げる• これらの作業を行える機材及び立地条件
6地熱井のセメンチングの難しさ• 地域による特性-One Size Fits Allのソリューションがないため、井戸の条件に適したバリアを選択することが非常に重要です。
• 温度勾配• 逸泥• 弱い地層• ガスや水層• 噴気後の温度上昇による２重管部の圧潰、座屈• 限られた立地条件

7ケーシングセメンチングの手法• サーフェスケーシング• 2-プラグセメンチング（二栓式）• インナーストリングセメンチング• プロダクションケーシング• ライナー• ライナー、タイバック• ２-プラグセメンチング• ２ステージセメンチング

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ケーシングセメンチングの手法• 2 プラグセメンチング(二栓式）• トップ及びボトムプラグを使用し、セメントスラリーと坑内流体が混ざらないよ
うにセメントスラリーを隔離⎯長所：• セメントスラリー挿入後、リグポンプの後押し中にポンプレートを上げることができ、置換効率が良くなる。
⎯短所：• 後押し開始後、セメントスラリー量の調整がつかない
9ケーシングセメンチングの手法• インナーストリング式• フロートカラーやシューにインナーストリングアダプターを差し込んでセメントを挿入する⎯ 長所：• セメントスラリー量の調整可能 逸泥が予想される現場では、状況に応じてセメントスラリー量を作業中に増やすことも可能⎯ 短所：• セメントスラリーの作液スピードでポンプレートが決まり、置換効率が低い

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ケーシングセメンチングの手法• 地表までセメントの回帰がない場合• トップアップセメンチングを行う ー 浅層との遮断、坑口装置、噴出防止装置のベース⎯ 各地域によって行い方は異なるが、• 良いセメントリターンが回帰した時のみ、セメントトップの降下に合わせてセメントスラリーを送入• WOC後にトップアップセメンチングを行う• 圧潰のリスクがある場合は、玉砂利等での対応

11ケーシングセメンチングの手法• プロダクションケーシングのセメンチング手法• 9 5/8” ライナー 仕上げ• 9 5/8” ライナー、タイバック仕上げ• 9 5/8” ケーシング 仕上げ⎯ 2 プラグセメンチング⎯ 2 ステージセメンチング

12プロダクションケーシングのセメンチング手法• ライナー 仕上げ• 13 3/8”に9 5/8” ライナーをセットしてセメンチング作業を行う。
• 長所：⎯ 13 3/8” ケーシングがプロダクションケーシングになる場合、蒸気量を増やせる⎯ 水頭圧を減らせるので逸泥の可能性を減らせる• 短所：⎯ 生産時に13 3/8”ケーシングのダメージの影響を受けやすい⎯ ライナー作業時、２プラグを使用しての作業が難しく、セメントと泥水のコンタミが起きやすい

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プロダクションケーシングのセメンチング手法• ライナー、タイバック• ライナーセメンチングを行った後 タイバックを行う• 長所：⎯ サーフェスケーシングの影響を排除できる⎯ 逸泥を考慮しなくて良い• 短所：⎯ ライナーラップの健全性確保⎯ ライナーセメンチング時のセメントトップをどうするか⎯ セメントが立ち上がらなかったときのスクイズの行い方

14プロダクションケーシングのセメンチング手法• 2ステージセメンチング• セメンチングを2段階に分けて行う• 長所：⎯ セメンチングを多段階に分けて行うことができ、地層への水頭圧を下げることができる• 短所：⎯ 作業中の逸泥に対応するのは難しい15

質問を受けてインナーストリングと2栓式• インナーストリングと２栓式をどう使い分けたほうが良いのか？
• 絶対的なルールはありません• 長所、短所を理解して使用する

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インナーストリングと2栓式• インナーストリングセメンチングはコスト削減の可能性に加え、以下のアドバンテージがあります。
• 大口径のセメンチングプラグ及びプラグコンテナーが必要ない• インナーストリングを通して送入することによりケーシング管内でのセメントのコンタミネーションを減らすことが出来る• セメンチング作業時間を短縮することができるため、シックニングタイムを短くしてセメントの硬化時間を短縮することが出来る• ケーシング管内のセメント量を最小限にすることができるため、浚渫時間を短縮出来る。

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インナーストリングと2栓式• 但し、以下の短所もあります。
• セメント送入中にセメントはアニュラス部に出ることになる為、ポンプレートをあまり出すことが出来ず、置換効率が悪くなる• インナーストリングを降下する時間が余計にかかる• ケーシングの管動、回転が難しい• ラッチダウンプラグを使用していない場合、万が一フロートバルブが効かなかった時の対処が難しい。バランスさせてインナーストリングを回収するか、余分に後押ししてセメントが硬化するまでインナーストリングをそのままにしておく必要がある• 浮力計算を行って最大許容圧力を把握しておかないと、DP荷重が軽い場合、最悪インナーストリングが浮き上がる可能性がある

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インナーストリングと2栓式• ラッチダウンプラグとは、• インナーストリング内を通過するプラグ• シーリングスリーブにラッチダウンシート付のシートにラッチし、抜けない• DPに接続するセメンチングヘッドが必要になる

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ライナー、 タイバックとステージセメンチングの使い分け• ライナー、 タイバックとステージセメンチングの使い分け• 地域による特性⎯ 13 3/8”プロダクションにする場合はライナー仕上げが多い• 納期⎯ ライナーの納期がかかる場合、ステージツールで対応する場合もある• 逸泥⎯ エア掘り等で行った場合、ライナー仕上げが有効

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ライナー、 タイバックとステージセメンチングの使い分け• 2-ステージセメンチング• セメンチング作業中に逸泥する可能性が少ない場合• 長所:⎯ ステージセメンターの位置を任意に変更できるため、直前での変更にも対応⎯ ケーシング機器の費用を抑えることができる⎯ 海外からエンジニアを招集する必要がない• 短所:⎯ 逸泥がある場合は、LCMの制限もあり対応が難しい⎯ ステージセメンターが開放しない、閉塞しない等のリスクがある

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可能

ライナー、 タイバックとステージセメンチングの使い分け• ライナータイバック• セメンチング作業中に逸泥する可能性が高い場合• 長所:⎯ 逸泥がある場合は、ライナートップスクイズを行い、ライナートップの耐圧を確認してからタイバック作業を行うことで、確実に地表までセメントを立ち上げる事ができる• 短所:⎯ ケーシング機器の費用が高くなる⎯ 海外からエンジニアを招集する必要がある⎯ ライナーラップに中途半端にセメントが立ち上がった場合、ウォーターポケットを作る可能性がある。フローチャートを作成し、作業手順で迷わない状況を作っておく。

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セメンチング中のトラブル対応• Question： セメンチング中に想定外の事象が発生したとき、さあどうする、という部分について、複数のシナリオを予め会社側が準備しておき、そのフローチャートに従って作業し直す、とのことでした。現場で瞬時に最適な判断を下すことは、極めて困難で、その成否は殆ど運次第といっても過言ではないように感じました。そこで、現に「何回行っても改善が見られない場合もある」とあるが、もし失敗したら、どのようにリカバリーするべきでしょうか？

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シミュレーションの計算について• Question： シミュレーションは、どのような支配方程式に基づくものなのでしょうか？（幾何学的条件としてスタンドオフ、アニュラス空間形状、方程式として粘性流体の保存則、硬化の熱、化学反応とか？）（幾何学的条件をある側面から表現したものが Standoff Profiles 曲線と思われる。当然、セントラライザーがある部分の方がスタンドオフ率は高い）

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最新の情報として

リバースサーキュレーションセメンチング• 従来のセメンチング工程では、スペーサーとセメントスラリーは、ケーシングまたはドリルパイプに圧送され、掘削泥水はアニュラスを通して地表に戻される。
• リバースサーキュレーション法では、スペーサーとセメントを直接アニュラスに圧送し、掘削泥水はケーシングまたはチュービングの内部を通って地表に戻される。

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リバースサーキュレーションセメンチングの利点

地表での作業圧力の低下

油圧馬力の低減

ECDの低減作業時間の短縮テーラーメイドのスラリー設計

圧縮強度の向上とシックニングタイムの短縮化

余剰セメントの削減遅硬剤の低減

カーボンフットプリントの削減

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リバースサーキュレーションセメンチングのフロートカラー

RIH andWell Conditioning

Reverse Circulation
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End of Job

リバースサーキュレーションセメンチングの作業の流れ• RIH中は従来型循環• TDで坑井を循環させ、調泥する。
• 流体キャリパーをポンプで送り、坑径を推定する

Top
Flapper(Open)

BottomFlapper(Active)30

リバースサーキュレーションセメンチングの作業の流れ• 起動用ボールを地表から落下させる• シフトスリーブに圧力を加える• 下部のフラッパーが開き、ボールが放出されます。

SlidingSleeve• 上部のフラッパーが閉じ、リバースサーキュレーションセメンチングができるようになる。

ActivationBall(2.20")

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リバースサーキュレーションセメンチングの作業の流れ• 坑井を逆循環しながら調泥する• 染色された流体（Dyed Fluid）インジ
ケータをポンプする
Top
Flapper(Active)• 計画したセメント量の確認• iCem®サービスプログラム（シミュレーション）に従った作業の実施

BottomFlapper(Open)

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リバースサーキュレーションセメンチングの作業の流れ• セメントの逆流を防ぐため、上部フラッパーに圧力をかける。
• WOCまで圧力をかけながらケーシングを保持。

PressureDifferential+250 psi• セメント作業終了後、直ちにケーシングの耐圧試験

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Ovidius® Expanding Isolation System• 新しいアニュラスのアイソレーションパッカーで、次のような特徴があります。
• 坑内流体に反応すると、金属合金から岩石のような素材に変化し、坑井の健全性を向上させる長期間のシールを形成します。

• 材料科学の革新により、Ovidiusアイソレーションシステムパッカーは以下のことが可能になりました。
• 極端な温度や圧力の環境でも性能を発揮し、坑井の寿命まで優れた密閉性 と固定性を提供します。
⎯熱の安定性は、300℃まで安定性あり⎯最大差圧17500psiまで対応• アニュラス部分の上下の遮断に使用できる可能性あり

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CO2セメントに関して• 地熱井にCO2を圧入する計画• カーボンニュートラルに向けCCUSの一助• 懸念• CO2と地層水の結合で炭酸水によるセメントの劣化• 地表までリークするのか。。。。

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難しい地熱井のセメンチングの中で難しい地熱井のセメンチングの中で• 地域にあったセメンチング手法の確立• 作業にあったセメントスラリーのデザイン• 計画時にシミュレーションの活用• CAMPS-置換効率をよくする。
• 作業時は手順書に従う-判断を誤らない• ケーシングセメンチング前の逸泥は止めておく46

Thank You!

Akira Endo
ハリバートン・オーバーシィーズ・リミテッド