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井筒完整性需求推動層間隔離技術發展

井筒完整性需求推動層間隔離技術發展

對油氣行業而言,越來越嚴苛的井下工況要求服務公司不斷優化和改進固井隔離液、封隔器和彈性材料等,這促進了隔離屏障診斷技術的應用。

來自 | DC
編譯 | 白小明 影子

油氣井越鉆越深,水平段越鉆越長,鉆遇地層溫度越來越高,這些趨勢正在增加井筒完整性風險,推動了層間隔離方法的演變,新的方法要保證作業公司的完井設備能夠保障油井的整個生命周期。行業公司正在努力研發機械式、流體激活以及化學的解決方案,以應對這些越來越嚴峻的井下工況。與此同時,行業也在使用各種診斷工具檢測問題,防止問題惡化,這種趨勢在增長。

對于低壓或大量天然裂縫發育可導致意外漏失的油氣井,固井水泥覆蓋范圍存在挑戰性。低質量的層間隔離往往需要采取補救措施,例如擠水泥,這就增加了作業公司的鉆井時間和成本。BHGE全球固井支持經理Antonio Bottiglieri表示,“根據我們的估測,約有1/3的固井和鉆井產品支出,實際都是與井漏有關的?!?/span>

2018年4月,BHGE推出了SealBond Ultra,用于解決固井過程中的極端漏失問題,包括天然裂縫地層中間隙對于傳統堵漏材料(LCM)來說過大的地層。SealBond Ultra基于疏水改性的多糖,與傳統的1mm相比,它能夠封堵寬度達4mm的裂縫;當與可滲透的地層接觸時,SealBond Ultra會濃縮成膠束并填充孔隙。

新水泥隔離液體系可以使用高密度水泥漿,比低密度水泥漿更具成本效益,并且提供了復雜固井方法的替代方案,例如輕質水泥漿或兩級固井作業。該體系適用于任何遇到堵漏材料(LCM)問題,或存在固井和層間隔離挑戰的井況。一家哥倫比亞的油氣生產商成功地將該技術應用于一個存在固井前易漏失的高滲透砂層的油田。從固井評價測井曲線中可以看到,作業公司在所有高滲透地層實現了有效的層間隔離,沒有發生安全事故。自此,該技術已在該油田所有生產尾管固井中實現應用。

一套整體性方法

哈里伯頓全球裸眼隔離、技術和產品牽頭人Ben Wellhoefer表示,“對于井筒完井性,我們與鉆井工程師、完井團隊等一起確定問題地層,通過平衡各方工作,最終可以提供一套完整的隔離方案,識別環境挑戰并遵守不斷變化的法規,以確保有效的層間隔離、安全性和法規遵從性。

Wellhoefer稱,哈里伯頓目前正在強化具有自修復彈性體的Swellpacker隔離系統(當在套管和裸眼井中遇到油或水時會膨脹),以在高礦化度海水和鉆井泥漿體系中提供膨脹能力,避免更換膨脹流體來膨脹封隔器。

進一步的研究和創新主要集中在解決彈性體在更熱、壓力更大的環境中變得更柔韌的問題。K2高壓端環有助于消除擠壓,防止橡膠流動,并可使封隔器承受更高的壓力。哈里伯頓還通過增加實時功能優化了SwellSim軟件,并改善了其延遲系統—彈性體涂層,從而可以精確控制封隔器膨脹率。

在拉丁美洲海上開發鉆井作業期間,一家作業公司下入了5-in帶有可膨脹尾管的隔離系統,以在一個需要減小井眼尺寸的高度低壓地層,增加儲層接觸面積并減少完井時間和風險。隔離系統成功下入井內370米,無摩阻和遇卡。作業公司節省了10天的完井時間,并節約資金成本約300萬美元。

另外,哈里伯頓正在更新ZoneGuard的一個新錨定系統,以提供全套的層間隔離產品選擇。該系列包括三種設計,包括ZoneGuard FP(壓裂封隔器),這是一種適用于美國陸地市場的短型經濟型封隔器。FP最近應用于MidContinent盆地,一口井同時下入40多個獨立的封隔器。對于使用流入控制設備或篩管、海上應用以及作為固井底部封隔器的井筒層間隔離,通常使用ZoneGuard標準系列或ZoneGuard高膨脹封隔器。

球入位后停止用水

非常規區塊機械隔離的可靠性和高效性是另一個創新焦點。為了緩解傳統射孔-橋塞作業的局限性,GEODynamics推出了一種復合橋塞系統,旨在確保整個射孔-橋塞作業的層間隔離。

該公司完井工具副總裁Raymond Shaffer解釋道,“該系統減少了時間和用水量,同時消除了與之前提高效率方法相關的風險。采用射孔-橋塞作業(球在球座上與射孔槍一起下入井內預定位置-坐封橋塞-引爆射孔槍-起出工具串-然后開始壓裂作業)的多層層間隔離方法的最大挑戰是射孔槍未引爆,則需要進行干預作業,利用連續油管傳輸射孔槍?!?/span>

公司采用FracTrap技術的EVOLV,無需在坐封橋塞后從地面泵送球?!皩⑶蛩腿刖臀坏牧硪粋€關鍵好處是一旦坐封橋塞就能夠測試該層,確保在壓裂作業開始前橋塞可以承受壓差?!?/span>

該系統于今年4月推出,使用更少的水來坐封球,每級都可節省大量的水,并縮短了泵送時間。Shaffer稱,“對于一口40~60級的典型的二疊紀盆地井,每一級我們可節省大約15分鐘時間,節約成本50,000~80,000美元,得益于不用泵送球節約用水等?!?/span>

如果射孔槍未引爆,坐封套件內的打撈工具可使操作人員反循環抓住球,從井內取出球并泵送另一根射孔槍以繼續操作。該橋塞由模塑復合材料制成,額定壓力高達10,000 psi,能夠快速磨銑并產生小顆粒碎屑。針對各種井眼環境有多個版本可用。Shaffer指出,大多數作業公司都喜歡全復合材料,因為它很容易鉆除,而其他作業公司更喜歡使用鑄鐵卡瓦的復合材料橋塞。

自二疊紀盆地和Eagle Ford進行了18個月的現場試驗以來,該系統已經在美國下入了8000多個,包括在DJ盆地和落基山脈地區。Shaffer說,“我們已成功反循環并捕獲了超過60個球,減少了對連續油管干預的需求?!?/span>

隔離屏障外部診斷技術

TGT油田服務公司首席營銷官Ken Feather表示,“很多公司逐漸意識到使用診斷系統來檢測影響井筒隔離屏障問題的價值。有些屏障看起來狀況良好,但實際卻不能密封。例如,水泥的機械性能可能很穩固并且可以覆蓋整個環空,但不可見的微環隙或裂縫會形成不必要的流動通路,因此可能無法有效密封?!贝送?,水泥、管材和其他層間隔離組件都會隨著時間的推移逐漸老化。

EmPulse多管成像技術的第四代產品,將電磁傳感器與專有測量和建模技術相結合,可測量井筒系統中金屬管的壁厚。在以高腐蝕性水層而聞名的中東,該系統定量記錄了多達四道隔離屏障的每個管材的厚度。

基于聲學的光譜水泥竄槽檢測系統記錄并分析井筒中的聲譜,以檢測在環空水泥內的其他工具無法檢測的微裂縫或竄槽中的流動流體的存在,微裂縫或竄槽可能導致油井投產后沿環空出現泄漏。

Feather指出,“從生產的角度來看,這種能力非常重要,特別是在一口正在生產的井中,兩個儲層互相連通。在注水井中,該技術可以確認注入的水是否到達目標儲層或轉移到了其他地方。在問題升級之前,通??梢栽诘孛婵吹酵暾詥栴}導致的持續的環空壓力,因此作業公司將診斷技術視為一種防止層間隔離問題的主動性方法,特別是在中東地區。從歷史上看,行業一直處于被動狀況,但我們認為,定期和常規監測隔離屏障的管材完整性和密封完整性具有明顯的優勢?!?/span>

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