Wismutlegierungen für das Verfüllen und Stilllegen (P&A) von Gasleitungen und Bohrlöchern

Das Verfüllen und Stilllegen (Plugging and Abandonment, P&A) ist Teil der Außerbetriebnahme von Bohrlöchern in der Öl- und Gasindustrie. Sobald die Bohrlöcher nicht mehr für die Produktion genutzt werden oder als unwirtschaftlich gelten, werden sie verfüllt 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 das Ökosystem und die Meeresbewohner vor der Küste.

Traditionell ist Zement das wichtigste Material zum Verfüllen und Abdichten von Bohrlöchern. Zement ist jedoch nicht völlig undurchlässig und verschlechtert sich im Laufe der Zeit aufgrund von Faktoren wie Temperaturschwankungen, chemischen Reaktionen und mechanischen Belastungen. Leider wurden mehrere Fälle bekannt, in denen Zementpfropfen undicht wurden und schädliche Substanzen in die Umwelt freigesetzt haben. Um die langfristige Unversehrtheit und Stabilität dieser stillgelegten Bohrlöcher zu gewährleisten (laut OGUK sollte der Pfropfen bis zu 3.000 Jahre halten, um für den Einsatz in der Nordsee geeignet zu sein), haben sich Wismutlegierungen in letzter Zeit als bahnbrechendes Pfropfenmaterial erwiesen.

Warum sollte man Wismutlegierungen verwenden?

Ausdehnung beim Erstarren: Wismutlegierungen können so hergestellt werden, dass sie sich bei der Verfestigung leicht ausdehnen, und zwar um 3–6 %, im Gegensatz zur Schrumpfung und den daraus resultierenden Umfangsrissen, die bei herkömmlichem Zement beobachtet werden. Dies sorgt für eine feste mechanische Verbindung mit dem Futterrohr und innerhalb der Ringräume außerhalb des Futterrohrs, was die Wirksamkeit der Abdichtung erhöht.

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 der Futterrohre sowie eine vorübergehende Verstopfung und Wartung. Die Wahl einer bestimmten Legierung mit einem geeigneten Schmelzpunkt hängt von der Bohrlochtemperatur, dem Futterrohrmaterial und der verwendeten Heiztechnologie ab.

Variabilität in 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 Wismutlegierungen hergestellt werden. Dies ermöglicht die Anpassung der physikalischen, mechanischen und chemischen Eigenschaften der Legierungen an unterschiedliche Bohrlochcharakteristika.

Durchlässigkeit: Wismutlegierungen haben eine Durchlässigkeit von null und gewährleisten eine vollständige Abdichtung des Bohrlochs.

Langfristige Haltbarkeit: Wismutlegierungen sind korrosions-, salz-, CO₂- und erdölbeständig und behalten ihre strukturelle Integrität auch bei hohen Temperaturen. Diese Eigenschaften gewährleisten die Langlebigkeit und Wirksamkeit des Pfropfenmaterials.

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. 

Ungiftig: Wismutlegierungen sind ungiftig und umweltfreundlich, im Gegensatz zu Zement, der Zusätze und Chemikalien enthält, die zur Verunreinigung von Boden und Grundwasser beitragen können.

Wirtschaftlich: Die Kosten für die Stilllegung von Bohrlöchern reichen von 100.000 USD pro Bohrloch an Land bis zu 1–10 Mio. USD pro Bohrloch auf See. Allein die Kosten für die Zementierung und die Ausrüstung machen mehr als 25 % der gesamten Stilllegungskosten für Offshore-Bohrungen aus. Die höheren Kosten der Legierung gegenüber Zement werden durch den Wegfall der Kosten für die Zementierung und die Ausrüstung ausgeglichen.

Darüber hinaus haben sich Legierungen auf Wismutbasis in den letzten Jahren aufgrund der geringen thermischen Ausdehnung, verbesserten thermischen Ermüdung, hohen mechanischen Festigkeit, Druckfestigkeit und Kriechbeständigkeit als potenzielles und gefragtestes Material für das Verfüllen und Stilllegen von Gasbohrungen erwiesen. Führende Öl- und Gasunternehmen, die die Entwicklung dieses Materials finanzieren, zeigen, wie wichtig es für die Zukunft des P&A-Prozesses ist.

Die Indium Corporation hat umfangreiche interne Forschungsarbeiten zu Schmelzlegierungen durchgeführt. Wir verfügen über die Fähigkeit und das Fachwissen, die Eigenschaften von Legierungen auf Wismutbasis entsprechend den Anforderungen der Kunden und der Industrie zu optimieren. Wenn Sie sich für die Anwendung von Legierungen auf Wismutbasis in der P&A-Industrie oder einer anderen Branche interessieren oder damit arbeiten, teilen Sie uns bitte Ihre Bedürfnisse und Probleme mit, falls Sie welche haben. Lassen Sie uns gemeinsam die Bohrlöcher stopfen.