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防砂技術起底 油服巨頭有啥“武林秘籍”?

防砂技術起底 油服巨頭有啥“武林秘籍”?

如今,防砂作業在油氣作業過程中的地位愈發重要,全球各大油服公司也為此投入了大量資源,紛紛撰寫出了各自的“武林秘籍”。那么,針對這一技術,各家高手究竟有何高招?

來自 | Weatherford等
編譯 | 白小明

海上作業成本、作業水深以及油藏復雜程度不斷升高,作業人員愈發傾向于將更多控制措施引入到鉆完井設計中,而不是等出現了問題再進行補救。對于防砂作業,一些油氣服務公司也提出了很多新型應對措施,并得出了一個結論:從長遠來看,在前期加大防砂措施方面的投入,能夠節約更多成本,尤其是在深水井與水下完井作業中,效果尤為突出。

威德福完井技術部防砂主任Randy Simonds稱:“在鉆井作業中,鉆遇的地層情況越來越復雜,使得完井作業也變的越來越復雜?!?/span>

Randy Simonds還補充道,2014年油氣行業的完井作業費用首次超過了鉆井作業費用。同時,由于對井壁穩定性的愈加重視,對于以往那些無需進行防砂作業的井段,作業人員也都采取了必要的防砂措施。

“然而,基于后期修井作業的成本和技術方面的限制,我們往往將防砂手段作為一種預防措施,而不是一種補救措施?!盧andy Simonds表示,防砂工藝已經成為作業者常用的一種安全措施了。

“目前,作業人員都在極力尋求一些可靠的完井工具以及能夠保持油氣井持續生產的特殊措施,”Randy Simonds說道,“‘可靠性’目前已經成為一個標語?!?/span>

那么,到底該如何確保油氣流的連續性呢?很多時候,作業人員并不想采用智能井技術,因此作業人員需要尋求具有創新性的油氣藏管理方法,而不是采用類似智能完井技術所需要的一些基礎設施建設。

這就要求作業人員在建井初始就開始實施防砂措施,并且要全面洞悉油氣生產過程中儲層物理特征可能發生的變化。

貝克休斯防砂產品生產主任Suzanne Stewart稱,在海洋油氣開采過程中,修井作業成本和技術方面的限制,進一步加大了實施補救性防砂措施的難度。而事實上,由于井身結構已經確定,這又限制了一些防砂的機械性補救措施。如果在起始完井階段采取了必要的防砂措施,多級套管井和裸眼井就多了一些可選擇性。很多時候,完井作業一旦結束,上部完井就限制了可用于防砂作業的工具尺寸。

斯倫貝謝:技術升級刻不容緩

斯倫貝謝防砂服務銷售和營銷經理Thomas Murphy說:“隨著鉆完井技術的發展,我們發現油氣行業正逐步向裸眼完井方式發展,這種現象幾乎出現在全球所有防砂市場中?!?/span>

與此同時,高成本的海上作業和深水區作業的防砂領域同樣受到了該趨勢的影響。

Thomas Murphy還指出,伴隨著人們對設施可靠性和長期生產的需要,深水領域的裸眼完井數量呈遞增態勢。為了迎合需求,斯倫貝謝研發出了OptiPac 可選擇多通道礫石充填作業服務,該技術包括了濾砂器、分流管、特種流體和抽汲系統等,多種工具系統綜合輔助全井段的完井作業。

盡管上述技術對油氣行業來說并不新穎,但對于作業人員在高風險環境中所面臨的挑戰而言,OptiPac 可選擇多通道礫石充填作業系統算得上是一種可用的全新技術,各防砂層段的完井作業都需要進行技術改進,并實現技術銜接和協作,以滿足所用工具下放上提的需要。Murphy表示,斯倫貝謝防砂服務部正在與M-I SWACO的油氣井生產團隊攜手研發相關技術,并開始實行深水裸眼完井所需的工藝流程。

從實施得角度來講,無論是儲層鉆井液還是以多種方式投產的整個工作流程,都是必需進行的。尤其是儲層段的鉆進與保護、礫石充填之前裸眼井段的頂替作業、礫石充填作業以及濾餅清除作業等,這些都是完井作業的關鍵步驟。

面對油氣行業新的要求,技術人員對流體技術進行了研究,目的是在進行礫石充填時,使攜砂液能夠在一定的時間間隔內保持低摩阻狀態。用于清理濾餅的化學劑也能夠有效去除濾餅,并與攜砂液保持良好的配伍性,在更高溫度條件下實施該作業時,仍能滿足OptiPac可選擇多通道系統對流體性能的需求。

M-I SWACO油氣井生產副總裁Charles Svoboda表示,就MudSOLV NG濾餅清除技術在裸眼完井當中的應用而言,其設計目的不僅僅在于礫石充填流體的配伍性和均勻清除濾餅的能力,而且還要與完井工具相配伍,抑制其腐蝕程度,防止防砂措施的過早失效??傊?,上述服務提供的化學清理處理工藝與儲層鉆井液(RDF)相互協同使用來打開儲層。因此,RDF組分和工程作業顯著影響著層段完井和最終的油氣生產。

Charles Svoboda說:“我們通過確保所采用鉆井液與完井作業相配伍來盡量縮短鉆完井周期。同時,我們也希望在鉆完井過程中,井眼可不受巖屑的影響。我們的智能3D頂替充填服務包含三個頂替的關鍵部分——水力、力學與化學方面,保證井眼免受巖屑影響并為后續作業做準備?!?/span>

Murphy補充說道:“在硬件方面,我們已經掌握了裸眼礫石充填完井作業中封隔多個層系的技術,目前正致力于解決井下因長井段礫石充填導致泵壓過高而引發的各類問題?!痹谶@期間,斯倫貝謝研究了Hornet地面礫石充填系統,即通過失重測量系統來控制支撐劑濃度的礫石充填混合器。他表示,該技術在低排量、低濃度的礫石充填環境中可起到至關重要的作用。

威德福:智能工具獨領先鋒

威德福大部分防砂攻關工作都集中于單趟多層防砂技術上。該公司研發出一種流量控制裝置(ICD),可實現如下功能:當水量達到特定臨界值時,ICD會像一口智能井一樣會自動發生反應并封隔特定層段。但這需要具備一個前提條件,即允許高頻率安裝較大數量的ICD裝置。

Simonds說:“造成出砂的最大元兇之一是出水?!蓖赂9綜系列封隔器在井眼生命周期內,可以實現對裸眼井段進行層間隔離。同時,“皮碗”式封隔器的坐放機制可以根據井眼形狀進行塑造和變化,且可在不規則井眼中實現有效密封。

“我們可以利用自己的RFID技術進行該工具的安裝”,引用北?!傲銜和!蓖昃鳂I的特點,“該技術已經進入商業化應用,可省去投球作業流程?!贝送?,他們還研發出了可進行復雜井下作業的智能工具,避免常規作業中遇到復雜問題需要暫停作業的麻煩。

貝克休斯:新型材料驚艷眾人

貝克休斯最新推出了適用于砂巖層的GeoFORM防砂管理系統,該系統采用一種形狀記憶聚合物并將其粘附于中心管上,也就是Stewart宣稱的能夠“從根本上取代礫石充填作業”的技術。

當處于井底溫度條件下時,該材料的內部化學成分被激活,順著井眼形狀開始擴展延伸,并對周圍地層形成有效的支撐。該作用能夠有效穩定近井眼地帶,減少顆粒運移。貝克休斯稱:該材料的濾失特性達到甚至超過了礫石充填的效果,同時也避免了鋪置支撐劑的麻煩。

目前,記憶聚合物已廣泛用于汽車制造業,但在油氣行業中的應用卻仍為罕見。貝克休斯材料技術組發現,使汽車保險杠凹痕恢復原狀的加熱處理工藝技術同樣也可用于裸眼井,且該材料本身也可被設計成高效濾砂器。

Stewart解釋說:“GeoFORM技術無需像濾砂器和支撐劑那樣,而且其應用也不僅僅局限于特定粒徑的砂粒防砂。同時,研究還發現同種聚合物配方更適用于大范圍粒徑的砂粒防砂?!边@使得上述產品尤其適用于多粒徑范圍的井眼儲層段,例如大斜度井的多層段防砂。

Stewart說:“較長的水平井眼段往往存在多種粒徑分布?!盙eoFORM產品的抗溫極限為88℃左右。Stewart說:“該溫度條件下,GeoFORM可適用于全球大多數井眼。

哈里伯頓:擴展能力無與倫比

哈里伯頓公司于2012年為雪佛龍公司在墨西哥灣三口超深水井布署了其新一代增強型單趟多層(ESTMZ)FracPac完井系統,該技術由哈里伯頓公司和雪佛龍公司聯合研發而成的。

雪佛龍公司希望把單趟多層完井系統作為一種可代替常規多層充填完井作業的經濟型備選方案。此外,哈里伯頓公司還透露,之前的單趟系統在作業時效方面并不具備足夠的優勢,僅僅8桶/分鐘的泵注排量對于油氣井的增產改造而言仍相對較低。

ESTMZ系統可將泵注排量提升至45桶/分鐘,而且還將壓差值從6000psi增至10000psi。除此之外,哈里伯頓公司還研發出了粘度更大、強度更高、可混合更多支撐劑的材料,實現每口井在最大泵注排量下可容納375萬磅支撐劑,這在很大程度上滿足了長生產井段的需求。哈里伯頓公司稱,該系統使雪佛龍的完井作業周期平均縮短了18天。

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