Exel Composites arbeitet mit Ziebel an einem bahnbrechenden Ölbohrungssensor zusammen

Ziebel wurde 2006 mit dem Ziel gegründet durch innovative Technologien und Lösungen einen signifikanten Beitrag zur Erhöhung der Ölgewinnungsraten zu leisten. Ölbohr- und Fertigstellungsteams benötigten detaillierte Informationen über die Fluidströmung im und um das Bohrloch während der Produktion oder Spülung. Derartige Informationen werden in der Regel mithilfe von Produktionsdatenerfassungstools protokolliert, was jedoch betriebliche Herausforderungen mit sich bringt und nur begrenzte, zeit- und standortspezifische Informationen bereitstellt. Die von Ziebel entwickelte Technologie, das dezentrale faseroptikbasierte (DFO) Z-System®, ist frei von vielen Hemmnissen, die der Effektivität der herkömmlichen Bohrungsdatenerfassung im Wege stehen, und ermöglicht ein besseres Verständnis des Bohrloch- und Lagerstättenverhaltens.

Herzstück des Z-Systems von Ziebel ist der 6,2 km lange Karbonfaserstab (der Z-Rod®) mit einem Durchmesser von 15 mm, der mehrere Glasfaserkabel sicher in die aggressive Bohrlochumgebung einführt. In der Regel wird der Stab 48 Stunden lang in einem produzierenden oder gespülten Bohrbrunnen eingesetzt, wo die faseroptischen Sensoren die Temperatur und akustischen Schwingungen über die Stablänge messen. Dies ermöglicht eine Vielzahl von Anwendungen – einschließlich Strömungszuordnung, Visualisierung der Fluidbewegung, Leckerkennung und Überwachung des Stimulationsfluids – die für ein optimales Bohrungs- und Lagerstättenmanagement äußerst wertvoll sind.

Dieses verbundwerkstoffbasierte Sensorsystem bietet weitere Vorteile. Der Karbonstab ermöglicht den horizontalen Bohrungszugang, da der leichte, steife Verbundwerkstoffstab von der Oberfläche aus in die horizontalen Abschnitte „geschoben“ werden kann, die häufig in den heutigen Bohrungen verwendet werden, was mit herkömmlichen, über einen Kabelzug betriebenen Werkzeugen nur mit dem Einsatz eines elektrischen Bohrlochtraktors möglich ist. Darüber hinaus ermöglicht der Karbonstab dank seines kleinen Durchmessers den Zugang zu Bohrlöchern mit knappem Innendurchmesser und problematischer Geometrie, die mit anderen Werkzeugen nicht passierbar sind, er hat nur eine minimale Drosselwirkung auf die Bohrung und ist im Gegensatz zu Metallen inert gegenüber den meisten gefährlichen und korrosiven Substanzen, die in der Bohrlochumgebung vorzufinden sind.

Ein außergewöhnlich robuster Herstellungsprozess

Ziebel beauftragte 2006 den US-amerikanischen CFK-Pultrusionspezialisten Exel Composites (vormals DSC), mit der Entwicklung und Fertigung des robusten Verbundwerkstoffstabs, der für die Einführung seiner faseroptischen Interventionstechnologie in den Ölsektor benötigt wurde.

Zur Gewährleistung der für diese Anwendung erforderlichen Kombination von Festigkeit, Steifigkeit und Korrosionsbeständigkeit wählte Exel eines seiner proprietären widerstandsfähigen Epoxidharze und eine spezifische, in umfangreichen Tests zur Maximierung der mechanischen Leistung selektierte Karbonfaser. Dieses Harz stellt besonders hohe Anforderungen an den Pultrusionsprozess, da es eine sehr langsame Aushärtung erfordert, um seine optimalen Eigenschaften zu erreichen. Das bedeutet, dass die Pultrusionlinie für die Herstellung jedes 6,2 km langen Stabs mehr als drei Wochen ununterbrochen und fehlerfrei laufen muss.

„Aufgrund der hohen Kosten sowohl für die Karbonfaser als auch für die Glasfasertechnik ist das Prozessrisiko sehr hoch“, erklärt David Lewis, Director of Technology & Business Development bei Exel. „Wir haben daher umfangreiche Arbeiten zur Entwicklung eines äußerst robusten und ausfallsicheren Pultrusionsverfahrens durchgeführt und außergewöhnliche Prozesskontrollen implementiert, um sicherzustellen, dass es zu keinen Ausfällen kommt.“

Ziebel und Exel haben gemeinsam eine Spultechnologie optimiert, um die Handhabung und den Transport von langen, pultrudierten Stäben zu erleichtern. Der steife Karbonfaserstab lässt sich so auf Rollen wickeln, die klein genug sind, um den Versand von Exels Produktionseinrichtungen in Erlanger, Kentucky, nach Europa und dem Nahen Osten sowie in die USA zu ermöglichen. Zur Überwachung der Stabqualität wird ein zerstörungsfreier Prozess eingesetzt, da das Produkt kontinuierlich ist und zur Prüfung nicht geschnitten werden kann.

Zukünftige Entwicklungen

Ziebel hat sich zum Ziel gesetzt, sein Produktportfolio durch Innovationen im aktuellen Z-Rod®-Produkt sowie andere Produkte für ähnliche Anwendungen zu erweitern, die die Vorteile seiner Hochtechnologiekompetenzen für Faseroptik-Sensorik und Datenanalyse nutzen werden.

„Unser großes Vertrauen in unsere Partner bei Exel wird uns ermöglichen, die Grenzen für Karbonverbundwerkstoffe unter den aggressiven Einsatzbedingungen in Öl- und Gasbohrungen weiter zu stecken. Unsere nächste Generation von Z-Rod® wird uns auf Betriebstemperaturen von 177 °C (350 °F) bringen und zusätzliche Bohrlöcher für unsere Serviceleistungen erschließen“, sagte Neil Gardner, Vice President of Technology bei Ziebel.

Ziebel und Exel haben eine exklusive Vereinbarung zur Entwicklung und Produktion fortschrittlicher Glasfaser-/Verbundwerkstoff-Bohrlochsensorstäbe auf Basis von Ziebel-IPRs getroffen.

Der finnische Pultrusion-Konzern Exel Composites markierte mit dem Erwerb von DSC im Mai 2018 seinen Eintritt in den US-Markt.

„Wir gratulieren Ziebel zur erfolgreichen Einführung des innovativen Bohrungsinterventionssystems und freuen uns auf die Zusammenarbeit mit Ziebel, um seine Anwendung weiter auszubauen“, so Kari Loukola, SVP Exel Composites Americas und President von DSC. „Dieses Projekt ist ein klarer Beweis für die Kompetenzen von DSC im Bereich der Karbonfaserpultrusion, die die Exel-Gruppe mit sich bringt, und mit unserem kombinierten, erweiterten Angebot erwarten wir erhebliche Chancen im Öl- und Gassektor und in anderen Schlüsselmärkten wie Windenergie sowie Luft- und Raumfahrt.“