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48小時全溶解 SWAGE橋塞解決提效鉆塞

48小時全溶解 SWAGE橋塞解決提效鉆塞

最新研發的一種簡單、完全可溶解的壓裂橋塞,是滿足長分支井段和多層完井工藝的作業需求,降低鉆塞成本和風險的最新成果。

來自 | Innovex
編譯 | 白小明 影子

在長分支井完井中,一種全新的可溶解壓裂橋塞克服了常規挑戰,它能夠在各種井筒流體和溫度條件下,在整個分支井段快速完全溶解。這一技術進步實現了業內不干預完井的長期目標,并提高了低壓、出砂油氣井的效率和設計靈活性,這種井仍然需要使用連續油管洗井。在現場,洗井時間減少到小于12分鐘/級,全井大約需要12小時。

早期的可溶解橋塞成本較高且實用性有限,因為它們不是完全可溶解的。井內仍然會殘留許多碎片,如帶有硬質合金或陶瓷開關的卡瓦,造成鉆復合橋塞非常困難。雖然功能強大,但這些橋塞設計復雜且需要大量材料,無法有效降解,最后還要進行井筒干預作業以清除未溶解的碎片。

此外,這些可溶解橋塞設計也帶來了其他操作問題。通常,它們的性能受到井筒環境的限制,即使在特定濃度的鹽水流體和溫度范圍下,也不能完全溶解。由于這些問題都與時間相關,管理叢式井完井以優化橋塞的溶解性通常增加了作業的難度和費用。

這些早期可溶解橋塞在設計和材料的結合上存在固有問題,就像橋塞不能完全溶解一樣,設計與材料之間的平衡問題也無法徹底解決。

要想獲得可快速完全溶解的橋塞,需要徹底擺脫上述兩個因素的限制。Innovex Downhole Solutions公司開發的新型壓裂橋塞,是一種簡單的包含三個主要部分的橋塞,可膨脹至整個套管壁。新的橋塞去掉了常規橋塞不可鉆的部分,即傳統的卡瓦和膨脹元件。取而代之的是一個采用磨砂外表面的膨脹橋塞,既作金屬-金屬密封又作錨定裝置。極簡主義設計比傳統的可溶解橋塞使用的材料少75%,使其能夠在各種井筒條件下更容易溶解。

這種設計采用了一種既可膨脹又可完全溶解的合金,它是壓裂橋塞中使用的唯一材料;無需膨脹體、黃銅、鋁、碳化物或其他材料。這種專有的熔化金屬材料,可以提供比粉末金屬更穩定的參數和更高的溶解速率。相比之下,這種材料還表現出更好的彈性、延展性和韌性,而且比標準的粉末金屬更容易定制。在特定的井筒溫度和鹽水濃度條件下,材料的改變可以形成不同的溶解時間和速率。

操作組件

SWAGE橋塞采用業內標準的電纜工具坐封,沒有移動的外部組件,消除了提前坐封的風險。在泵送完壓裂液后,轉向球離開球座,橋塞作為一個大通孔用于返排,如圖1。用于4?1/2-in到5?1/2-in套管的橋塞長8-in,外徑小于套管通徑。

48小時全溶解 SWAGE橋塞解決提效鉆塞

圖1.橋塞有一個大通孔,利于返排。

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圖2. 膨脹橋塞的外部用作金屬-金屬密封和錨定裝置。

在為數不多的幾個組件中,包含一個可以坐封在套管內的圓柱形膨脹體,以及一個環形膨脹錐,將膨脹錐壓入膨脹體使后者內徑膨脹,并將其錨定以提供與套管內徑之間的密封,如圖2所示。

性能驗證

在性能驗證測試中,橋塞經歷了各種溫度和流體條件,根據選擇的材料,它可以承受10,000 psi的壓力12小時或24小時,如表1。

48小時全溶解 SWAGE橋塞解決提效鉆塞

表1.測試實驗顯示了新型橋塞在不同壓力和溫度下的耐久性能

降解測試的目的是準確地預測在常規井眼條件下橋塞的溶解性,工作人員使用了試樣測試和全尺寸測試來創建預測模型。溶解圖表準確預測了各種流體下橋塞的溶解性,從淡水到氯化物含量為3%的液體,溫度范圍120~350℉。在大多數常規應用中,當溫度處于120~350℉,在從淡水到含氯化物含量3%的液體中,橋塞可在3~5天內完全溶解。

現場研究

在德克薩斯州南部和西部的幾個完井項目中,工作人員對SWAGE橋塞的溶解性進行了研究。這些研究涉及多種應用情形,有使用連續油管的,有未進行洗井作業的。在一些應用中,操作人員在橋塞未完全溶解之前便開始了洗井作業。盡管如此,鉆塞作業也確認絕大多數橋塞確實溶解了。剩余的橋塞也基本溶解,如果時間再長點,橋塞肯定將徹底溶解。在這些應用中,橋塞很容易被鉆掉,大大減少了連續油管的使用時間,而且鉆塞作業更高效,特別是在難以處理的水平段末端,如圖3。

48小時全溶解 SWAGE橋塞解決提效鉆塞

圖3.尺寸和體積上存在明顯的差異

在德克薩斯州西部Permian盆地,Midland的一口井中,在水平段始端共下入23個可溶解的壓裂橋塞,在其下部下入另外23個復合橋塞,直到井底。在壓裂后48小時,使用連續油管清理分支井眼,確認壓裂橋塞已溶解。

在23個可溶解橋塞中,只探測到3個,鉆3個未完全溶解的橋塞的平均時間不到1.5分鐘,表明橋塞大部分已經溶解,而且如果時間足夠,肯定可以完全溶解。相比于復合橋塞的27分鐘,使用可溶解橋塞,鉆掉每一級橋塞、清理砂子和碎屑的平均時間僅為14分鐘。鉆塞和清洗時間的減少,相當于減少了干預作業的總成本,如圖4所示。

48小時全溶解 SWAGE橋塞解決提效鉆塞

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圖4-5. 與復合橋塞相比,可溶解橋塞所需的鉆塞和清洗時間更短。

在西德克薩斯州進行的鉆塞作業對比中,分別在整個分支井段下入40個可溶解橋塞和40個復合橋塞。由于分支井段全長3048 m,對于使用連續油管來說,存在將橋塞下入到井底的挑戰??扇芙鈽蛉南氯敫?,且無需鉆塞作業。使用可溶解橋塞,最后15級的連續油管使用時間僅為4小時,而復合材料橋塞需要9小時。

作業時間的減少和操作的簡化說明未來可以使用成本較低的鉆塞BHA,減少了磨銑作業量和碎屑量,使操作人員可以考慮僅使用配有沖砂噴嘴的成本低廉的BHA。

如果將可溶解橋塞應用于所有壓裂作業,節省的費用將更可觀。作業公司通常每月完井12口,每口井節省12小時相當于6天的鉆塞時間,這將大幅降低成本。此外,可溶解橋塞減少了碎屑量,從而降低了粘卡風險。

結論

測試和現場應用表明,使用少量高強度、完全可溶解組件的壓裂橋塞設計,為水平井和垂直井壓裂期間的臨時層位隔離,提供了可靠、耐用且經濟的解決方案。SWAGE壓裂橋塞的應用表明,該產品設計簡單溶解可預測,實現了無需鉆塞作業的行業目標。值得注意的是,在仍需要干預作業的應用中,完全可溶解橋塞還可以大幅提高鉆塞效率并降低相關風險。

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