Das Verschließen und Aufgeben von Bohrlöchern (Plugging and Abandonment, P&A) ist ein Teil des Stilllegungsprozesses von Bohrlöchern in der Öl- und Gasindustrie. Sobald die Bohrlöcher nicht mehr zur Förderung genutzt werden oder als unwirtschaftlich gelten, werden sie verschlossen und abgedichtet, um weitere Leckagen zu verhindern. P&A verhindert, dass Treibhausgase wie Methan und andere schädliche Erdölprodukte in die Umwelt gelangen, und schützt so sowohl das Ökosystem als auch die Meeresbewohner vor der Küste.
Traditionally, cement has been the primary material used for plugging and sealing wellbores. However, cement is not completely impermeable and will deteriorate over time due to factors such as temperature fluctuations, chemical reactions, and mechanical stresses. Unfortunately, several instances of cement plugs leaking and releasing harmful substances into the environment have been reported. To ensure the long-term integrity and stability of these abandoned wells (the plug should last up to 3,000 years to qualify for deployment in North Sea, as stated by OGUK), bismuth alloys have recently emerged as groundbreaking plugging material.
Warum Wismut-Legierungen verwenden?
Ausdehnung beim Erstarren: Wismutlegierungen können so konstruiert werden, dass sie sich bei der Verfestigung leicht um 3-6 % ausdehnen, im Gegensatz zur Schrumpfung und den daraus resultierenden Umfangsbrüchen, die bei herkömmlichem Zement beobachtet werden. Dies gewährleistet eine feste mechanische Verbindung mit der Bohrlochverrohrung und innerhalb der Ringräume außerhalb der Verrohrung, wodurch die Wirksamkeit der Abdichtung erhöht wird.
Schmelzpunkt: Der Schmelzpunkt von Legierungen auf Wismutbasis kann bei verschiedenen Zusammensetzungen zwischen 124 °C und 330 °C liegen. Diese Eigenschaft ermöglicht einen effizienteren und kontrollierten Einsatz der Legierung ohne Beeinträchtigung des Bohrlochgehäuses sowie eine vorübergehende Verstopfung und Wartung. Die Wahl einer bestimmten Legierung mit einem geeigneten Schmelzpunkt kann von der Bohrlochtemperatur, dem Material der Verrohrung und der verwendeten Heiztechnik abhängen.
Variabilität der Zusammensetzung: Wismutlegierungen bieten Flexibilität bei der Zusammensetzung. Durch die Anpassung des prozentualen Anteils einzelner Metalle wie Zinn, Silber, Antimon und Indium können verschiedene Varianten von Bismutlegierungen hergestellt werden. Dadurch lassen sich die physikalischen, mechanischen und chemischen Eigenschaften der Legierungen an unterschiedliche Bohrlochcharakteristika anpassen.
Durchlässigkeit: Die Wismut-Legierungen haben eine Permeabilität von Null, was eine vollständige Abdichtung der Schüttung gewährleistet.
Langfristige Haltbarkeit: Bismutlegierungen sind korrosions-, salz-,CO2- und erdölbeständig und behalten ihre strukturelle Integrität auch bei hohen Temperaturen. Diese Eigenschaften gewährleisten die Langlebigkeit und Wirksamkeit des Abdichtungsmaterials.
Hohe Dichte und niedrige Viskosität: Die Kombination aus hoher Dichte und niedriger Viskosität ermöglicht es der geschmolzenen Legierung, in enge und schwer zugängliche Bereiche des Bohrlochs einzudringen, ohne dass eine Pumpe erforderlich ist. Hohlräume, Unregelmäßigkeiten und Risse im Bohrloch werden mit geschmolzener Legierung effektiver gefüllt als mit Zement.
Ungiftigkeit: Wismutlegierungen sind ungiftig und umweltfreundlich im Gegensatz zu Zement, der Zusatzstoffe und Chemikalien enthält, die zu einer Verunreinigung von Boden und Grundwasser beitragen können.
Wirtschaftlich: Die Kosten für die Stilllegung von Bohrlöchern reichen von 100.000 $ pro Bohrloch an Land bis zu 1-10 Mio. $ pro Bohrloch auf See. Allein die Kosten für die Zementierung und die Bohranlage machen mehr als 25 % der gesamten Stilllegungskosten für Offshore-Bohrungen aus. Die höheren Kosten der Legierung für die Zementierung werden durch den Wegfall der Kosten für die Zementierung und die Bohranlage überschattet.
Darüber hinaus haben die geringe thermische Ausdehnung, die verbesserte thermische Ermüdung, die hohe mechanische Festigkeit, die Druckbeständigkeit und die Kriechbeständigkeit von Wismut-Legierungen dazu geführt, dass sie in den letzten Jahren als potenzielles und gefragtestes Material für das Verschließen und Ablassen von Gasbohrlöchern angesehen werden. Führende Öl- und Gasunternehmen, die ihre Entwicklung finanzieren, zeigen, wie wichtig sie für die Zukunft des P&A-Prozesses ist.
Indium Corporation has carried out a huge amount of in-house research on fusible alloys. We have the ability and expertise to fine-tune the characteristic of bismuth-based alloys as per customer and industry needs. If you are interested in working with the application of bismuth-based alloys in P&A and any other industry, please share with us your needs, and problems if you are facing any. Let’s plug the wells together.
