坑井の閉塞と廃坑（P&A）は、石油・ガス産業における坑井の廃止措置プロセスの一部である。坑井が生産に使用されなくなったり、不経済と判断されたりすると、坑井の孔を塞いで密閉し、それ以上の漏洩を阻止する。P&Aは、メタンなどの温室効果ガスやその他の有害な原油生成物が環境に漏出するのを防ぎ、生態系と海洋生物の両方を保護する。
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.
ビスマス合金を使用する理由
凝固時の膨張：ビスマス合金は、一般的なセメントで見られる収縮やそれに伴う円周方向の亀裂とは異なり、凝固時に3～6％わずかに膨張するように設計することができる。これによって、坑井ケーシングとケーシング外側の環状孔内との強固な機械的結合が確保され、シールの効果が高まる。
融点：異なる組成のビスマス系合金の融点は、124℃から330℃の範囲である。この特性は、坑井-ケーシングに影響を与えることなく、より効率的かつ制御された合金の配備を可能にし、また一時的なプラギングやメンテナンスを可能にする。適切な融点を持つ特定の合金の選択は、坑井温度、ケーシング材料、および採用される加熱技術に基づいて行うことができる。
組成の多様性：ビスマス合金は、組成の面で柔軟性がある。スズ、銀、アンチモン、インジウムなど、個々の金属の割合を調整することで、さまざまなバリエーションのビスマス合金を作ることができる。これによって、様々な坑井の特性に合わせて合金の物理的、機械的、化学的特性をカスタマイズすることができる。
透過性：ビスマス合金のバルク透磁率はゼロで、バルク全体が完全に密閉されている。
長期耐久性：ビスマス合金は、腐食、ブライン、CO2、原油に対する耐性を示し、高温でも構造的完全性を維持する。これらの特性により、プラギング材料の寿命と有効性が保証される。
高密度で低粘度： 高密度と低粘度の組み合わせにより、溶融合金はポンプを使用することなく、坑井の狭くて届きにくい領域に浸透することができます。坑井内の空隙、不規則性、亀裂は、セメントよりも溶融合金の方が効果的に充填されます。
無毒性： ビスマス合金は、土壌や地下水汚染の原因となる添加物や化学物質を含むセメントとは異なり、無毒で環境に優しい。
経済的： 坑井の廃止措置費用は、陸上では1坑井あたり10万ドルから、海上では1坑井あたり1,000万ドルから1,000万ドルに及ぶ。セメントとリグのコストだけで洋上坑井の廃止措置費用全体の25％以上を占める。セメント用合金のコストが高いことは、セメントとリグのコストがなくなることで影を潜める。
さらに、ビスマス基合金の低い熱膨張率、改善された熱疲労、高い機械的強度、定格圧力、耐クリープ性は、近年、ガス井の閉塞と放棄のための潜在的な材料として、また最も求められている材料として提示されている。その開発に資金を提供している石油・ガス会社のリーダーたちは、それがいかにP&Aプロセスの将来にとって不可欠であるかを示している。
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.
