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【本周專題:完井】光纖碳棒感應推動非常規油氣開發

【本周專題:完井】光纖碳棒感應推動非常規油氣開發

基于光纖技術的創新井下干預系統在北美頁巖地區取得發展。

來自 | Upstream
編譯 | 張良爽

業界對北美非常規油氣藏的了解,大部分都是通過反復試驗得來的。在大多數情況下,這種學習方式還不錯,但在當前極力削減勘探及生產成本的巨大壓力下,反復試驗就行不通了。

在追求更高效率的驅動下,鉆完井團隊不斷尋找各種方法以優化井間距、壓裂段間距、射孔簇密度以及壓裂液和支撐劑分布。但知情決策仍取決于能否獲得井下流體的詳細信息。此類信息數據絕大多數是借助井下牽引器,通過連續油管部署的生產測井工具獲取的。

這些技術能夠提供有價值的信息但數量有限,而且僅是一系列特定時間和地點的井下情況“快照”,并且這些技術在操作上也有一定難度。

【本周專題:完井】光纖碳棒感應推動非常規油氣開發

Ziebel干預系統的核心部件是一個直徑15毫米包含多根光纖的復合碳棒,被放置于井下流體流動路徑中

例如在使用連續油管部署時,連續油管自身產生的節流效應就很可能明顯改變井下動態情況。Ziebel公司營銷和技術副總裁Neil Gardner說,美國頁巖地區很多長水平井流體的環狀流動以及經常間歇性流動的特性,使傳統測井技術獲取的數據難以準確的解讀。

位于挪威的Ziebel公司研發出了一個新式井下干預系統,核心部件是一個直徑15毫米、包含多根光纖的復合碳棒。該碳棒部署在井筒之中,具有傳感功能,能夠沿其整個長度,利用分布式的溫度和聲學組合感應生成實時信息。

Ziebel公司早在2008年就已經將該碳棒生產商業化,但在非常規油氣藏市場上,它還是一家相對較新的公司。2015年Ziebel公司在北美推出了現在的流量分配服務。Gardner說,當時該公司認為,隨著運營商將更多的資源用于成熟油氣井的重復壓裂上,對其服務的需求也將隨之增長。

“重復壓裂”趨勢發展緩慢,但該公司的Z-system產品經過驗證,非常適合頁巖地區運營商在優化完井策略方面的需求。分布式光纖(DFO)測量使運營商能夠監測壓裂的結果,并確定哪些區域和射孔簇實現了有效增產。

“我們正在努力縮短學習周期?!?/span>

—Neil Gardner, Ziebel

在典型部署中,碳棒將放置于井下48小時,光纖傳感器將持續測量溫度及聲波震動。Gardner說:“它能告訴你流體來自哪里,你也能探測到進入井筒流體的振動?!?/span>

碳棒位于流動路徑的中心?!耙虼巳魏胃蓴_或流體運動將顯示為微小應變或碳棒的移動。我們能看到流體流入井筒,并能告訴運營商哪段射孔簇有流體流動。這些從我們獲取的圖像和數據都可以非常清晰地看到?!边@些數據幫助一家運營商判斷其完井設計的有效性并相應的進行修改。

Gardner說到:“運營商投入了很多資金在壓裂設計上,做了一定數量的分簇射孔,泵入了大量的液體和支撐劑,但并非所有措施都能帶來好處?!?/span>

光纖測量系統“使運營商有機會評估其完井策略,發現問題:我們的射孔簇間距是否太???每一段的射孔簇數量是否太多了?”為了得到答案,運營商習慣于依賴更勞動密集型的解決方法:鉆多個井,每口井每段布置不同簇數的射孔,然后對結果進行比較。

Gardner說:“光纖測量是優化完井策略更快捷的方法。我們正在縮短學習周期。對非常規頁巖油氣藏中的許多認知剛開始都是些小知識,隨著時間推移而逐漸增加。通過利用井下的實時數據,我們可以加速學習曲線。

井距

除了流量分配,嵌入光纖的碳棒還能進行井間干擾試驗。

Gardner說:“這是完井策略中的另一個變量—旁邊油井應布置在多遠的距離?如果將它們隔的太遠,水力壓裂的效果可能無法擴展到整個目標區域;而如果彼此太靠近,一個井可能會從相鄰的井中“偷”產量,或導致其出現異常情況?!?/span>

將碳棒放置在一口井中,并依次關停和啟動相鄰井的生產,工程師可以觀測到一個井中的活動如何影響另一口井,從而確定隨后的最佳鉆井方案?!肮饫w測量再次給了運營商一個機會,采取更科學的方法來完成他們的完井策略?!?/span>

石油價格下滑使北美頁巖油氣市場的一些勘探項目又重新得到關注。Gardner說,當Ziebel公司將其技術帶到美國時,Eagle Ford遠景區在多個領域都熾手可熱。該地區的高溫油氣藏促使Ziebel公司開始新版本Z-system產品的研發,使其適用溫度上限能夠從當前的275℉( 135℃)升高至350℉(175℃)。

目前,行業關注重點已從鉆井成本較高的Eagle Ford地區轉移到了油氣藏氣溫較低的Permian地區。盡管項目仍在開發當中,但對高溫碳棒的需求變得沒有那么迫切了。Gardner說,“不是光纖有溫度限制,而是用來制作碳棒的碳復合材料受限制?!?/span>

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【本周專題:完井】光纖碳棒感應推動非常規油氣開發

碳棒和卷筒:光纖系統原是為海上應用開發的,但在北美非常規油氣藏市場上開始得到發展

現在更大的挑戰是距離。Bakken地區運營商通常將水平井段的長度鉆至8000~10,000英尺,幾乎是當前Z-System在水平井段能下放長度的兩倍。Gardner說,“我們產品的下放長度因摩擦受到限制,連續油管也有同樣的問題,且連續油管能下放的長度也有限?!?/span>

Ziebel已將目光瞄準了適應非常規油氣藏的大位移井版本的Z-System產品開發。一項研發計劃側重于開發電池供電的井下牽引器,用以拉動碳棒。Gardner解釋說,目前已有這種工具,但現有的運行方式,液壓裝置和電池能力還無法完成任務?!半娔苻D換為機械能的效率非常低,最多可能只有20%,因此在到達較遠距離之前電池就已耗盡?!?/span>

Ziebel發現,挪威的Well Conveyor公司可能有解決方案,該公司目前正在開發一種更高效的牽引器,能夠將總能量轉換率提高到60%以上。大位移井替代解決方案包括在復合碳棒中并入電纜,從地面通過電纜為傳統的井下牽引器提供動力?!斑@就要求我們打造出一種不同類型的碳棒,并且修改我們設備的幾個部分,”Gardner解釋說。

Ziebel設計了一個海上應用的原型,但該系統太大太重,無法用于北美的陸上運營。這套裝配在卡車上的部署裝置,包括一個直徑3.5米的卷筒,無法通過美國公路的下穿通道。

另一個問題是,為了到達最長水平井井趾部位,在碳復合棒中并入銅材質的復雜性和高成本。為了使碳棒導電可行,他說:“我們必須減輕碳棒的重量,減少其中銅的用量,并且還必須將地面設備的尺寸盡可能縮小?!?/span>

Ziebel希望明年這兩個選項至少有一個能準備好,可進行現場測試。Gardner說:“這個大位移井碳棒將真正使我們成為非常規油氣藏開發的主要參與者?!边\營商希望看到井下其余部分的數據。首先,這些數據可能將回答這樣的問題:“鉆出長達8000多英尺的分支井到底有沒有真正的益處?”

Gardner說,“當前,我們期待為美國打造出第二個陸上裝置。我們都知道北美非常規油氣藏市場在增長。自2015年以來,我們一直在美國運用一個陸上裝置,我們計劃從2018年第二季度開始,運行第二套陸上裝置,這樣我們也就能夠觸及到新用戶?!?/span>

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