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全球最前沿封隔器 你了解的有幾個?

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隨著油氣行業的腳步踏向更深更復雜的環境,對封隔器技術的要求也越來越高,科技創新也在不斷推進著封隔器技術的發展,這里為大家介紹國外封隔器廠家最新研制出的幾種先進封隔器系統。

怎樣在一口井中下入60個封隔器?這在幾年前,還是不可實現的?,F在,面對非常規井提出的更高要求,也推動了技術的創新。包括致密油氣、頁巖氣、深水和超深水作業等惡劣條件,封隔器技術發展順勢而行,并將研發重點放到未來可能要面臨的挑戰上。

非常規區塊中的深井、長水平井段、多級開采段數的增加以及對水泥環完整性要求都將推動著封隔器設計和其他相關井下服務和產品的不斷發展,比如閥門、接口以及套管等。

Packer Plus 能源服務公司的首席執行官Dan Themig說道:“在最近幾年整個行業都取得了巨大的進步”。早期改良后的裸眼段多級完井系統在北美非常規區塊得到了越來越多的應用。曾經有一個時期,沒人能相信在一口井里可以下入五個封隔器,如今隨著多級分層的需求增高,需要下入更多的封隔器,五個分隔器已遠遠滿足不了。幾乎所有井都希望能夠實現20層多級封隔。

封隔器自在油田作業中投入使用以來,發揮了超過75年的重要作用。封隔器最初采用的是機械設計,兩層套管串之間或者套管和井筒之間環形空間的封隔仍廣泛采用該設計。隨著技術的發展,膨脹式封隔器技術的出現更好地解決了應用上的困難、掌握了市場契機,同時為井下各種應用提供快速、有效的解決方案。TAM副總裁Ray Frisby這樣說道:“TAM國際公司擁有50年膨脹式封隔器的開發經驗,已經成為先進封隔器行業內的領軍者,幫助作業人員減少風險、降低成本、提高產量?!?/span>

TAM從1968年開始對膨脹式封隔器技術進行研究,并不斷對膨脹式封隔器的應用能力進行升級,這對確保水泥環完整性來說是至關重要的。Frisby說:“隨著井深的增加,作業風險也在不斷加劇,固井作業面臨著巨大挑戰,所以我們需要不斷尋求更為先進的技術確保固井水泥環的長期完整性?!?/span>

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永久式套管環空封隔器作為套管管柱的一部分,起到了固井時分隔地層流體流入井筒,避免后期導致水泥環完整性的問題。膨脹式封隔器遇到井眼流體發生膨脹,可以確保裸眼井和套管井中實施高質量固井作業。Frisby說:“去年,TAM公司研制了22英寸的膨脹式套管環空封隔器和注水泥閥,有效解決深水油田的淺層氣問題。

他接著說道:“膨脹式封隔器也經常用于測試、封隔以及修井作業。鉆井時,通常將膨脹式封隔器安裝在裸眼段,在側鉆作業時起到了水泥塞的作用。同樣的,在進行生產時,膨脹式封隔器能夠防止地層水竄入到生產層?!?/span>

他繼續說道:“我們已經研發出多種膨脹和展開封隔器的方法,包括鋼絲下防封隔器,盡管在封隔器在管柱展開比較常見,但是我們也設計出了一種更為可靠的方法使其展開固定,而無需借助生產管柱、連續油管或者電纜,這套系統主要通過借助TAM公司高膨脹式封隔器生產線來實現,這種封隔器能夠通過生產油管下入并且膨脹到三倍于封隔器原始外徑,為作業人員的常規修井作業提供了另一種可選擇方案。

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可膨脹雙層跨式封隔器系統能夠隔離井眼層段進行酸化、測井、壓裂、二次壓裂以及對裸眼井、套管井重復壓裂進行經濟評價。Mr Frisby 指出,“這套系統我們已經安裝多次了,其中單趟下入就超過了100次。多級坐封功能能夠處理各個小層,從而提高單井產能并在進行二次完井或者重復壓裂時優選候選井”。

長期解決方案

在2005年,TAM是首個引入自膨脹式封隔器技術的公司。這種封隔器普遍應用在非常規儲層的多級壓裂中。他解釋道:自膨脹式封隔器是一種廉價的長期保障水泥環完整性的方法,能夠減少對含水層帶來的潛在污染,該問題的出現往往是由于井身結構的問題,而不是水力壓裂的原因儲層污染。如果井筒初次固井時出現了問題,這種封隔器能夠通過運移井中流體來提供二次防護。

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自膨脹式封隔器一般安裝在套管柱上,由于其特制的彈性材料能夠吸收井中流體,從而在一段時間內不斷膨脹。Frisby 說,“自膨脹式封隔器對井筒環境非常敏感,為了預測特定井筒環境和井眼尺寸對封隔器的影響需要進行大量的測試,我們的遇水膨脹式和遇油膨脹式彈性材料能夠應對各種環境,不管是低溫、高鹽度還是極端地熱條件?!?/span>

TAM公司擁有9種應對冷熱等極端條件的材料,包括耐溫高達575華氏度的材料和適用于低溫環境下需要長時間膨脹的快速膨脹彈材料。這種環境包括了俄羅斯、西德克薩斯和泥線附近的深水環境。Frisby 補充道,“如果我們知道井的情況,我們就能夠精確預測出自膨脹式封隔器在特定環境下的工作狀況。許多應用條件都是常規的,但是當我們需要在某些不確定環境下進行精確預測時,針對于材料的大量測試能夠讓我們對封隔器做出正確的選擇?!?/span>

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隨著行業進入裸眼井發展時期,特別是一些海上區塊,防砂是常見問題,封隔器能夠對于分段隔離區域進行有效密封,在降低成本提高可靠性方面是很有必要的。Weatherford油田防砂部門主管Randy Simonds解釋道,“常規封隔器在形狀規則的套管井表現良好,但對于表面粗糙、不均勻的裸眼井段中卻不能正常工作。自膨脹式封隔器的設計初衷就是為了突破這一限制,但是其膨脹過程往往需要數天左右。在當前對成本異常敏感的大環境中,作業者希望封隔器能夠達到立竿見影的效果?!?/span>

Weatherford研制了一種自動密封杯狀封隔技術的機械式封隔器,能夠對水平井、裸眼井的頁巖層段等需要隔離的不規則井眼形狀進行強效密封。杯狀密封機構能夠膨脹到不同大小的尺寸,在儲層段形成一個大小有限且不至于損壞井眼的約束力。石油圈原創www.h29736.cn

裸眼井的封隔

這種封隔器在彈性密封周圍設計有獨立的固定裝置,能夠在井眼中進行大范圍膨脹,最大可達9-1/4英寸。這種封隔器的使用不受井下無線電頻率設備、壓力脈沖、計時器干擾,或者進行多條件下的液壓設置,最高達到了1.2的橢圓度。除了分段隔離外,這套設備還能夠在在單趟多層礫石充填和壓裂充填中發揮作用。

兩個朝外的杯狀密封組件提供了雙向壓力。封隔器通過杯狀密封單元間的巖石錨桿或者滑塊錨定到巖石上來固定位置。在杯狀密封組件底部,機械鎖緊裝置能夠激活全部獨立支撐機構,并能夠在不同直徑大小的不規則裸眼井中膨脹展開并密封。當杯狀機構接觸到井眼后,離合器機構滑移固定杯狀密封裝置并限制其作用在地層上的力。

當杠桿完全展開后后,封隔器就在井眼中實現均勻坐封。杯狀密封件具有一定的張力,這使其鋼組件在熱作用下膨脹或收縮時保持形狀不變。巖石錨能夠吸收部分負載,確保封隔器不會移動,這也使封隔器的橡膠密封不會因在巖石上的前后摩擦而損壞。杯狀密封封隔器已經在全球的50多口井中投入使用,包括西非和環太平洋近海、墨西哥灣深海、中東陸地裸眼井等。

隨著在非常規區塊鉆井深度和長度上所帶來的挑戰,完井也從套管射孔方式向裸眼完井方式轉變,封隔器的密封性變得極為重要。Packer Plus公司的Mr Themig說道:“在幾年前,兩段裂縫之間的距離一般還都是150到300英尺,而現在這一數字已經縮減到了65英尺,隨著壓裂層數的增加,封隔器還要坐封在更深的儲層。密封性就變成了一個巨大的問題。密封性必須是100%”。在Bakken、Niobrara、Permian盆地和加拿大的Duvernay深井中,40到60段的分層壓裂非常普遍,而且這一數字還在上升?,F在業內趨勢是60到100段的壓裂技術,從而充分的釋放油藏產能并且在數天之內完成相關工作。

緊湊的層間間隔和破裂壓力的不斷增大,使公司用于裸眼井的Titanium XV系列15000PSI雙層機械封隔器的報價走高?!斑@些封隔器在Duvernay中成功的運用,使得Duvernay盆地的可采儲量比Eagle Ford要大的多,需要至少60層的分段壓裂?!狈飧羝髡w尺寸在5英尺左右,整體較短并有兩個比較短的橡膠部件,因而能夠以較小的扭矩和拉力來安裝。在封隔器之間有一個增強液壓驅動的球狀回壓流動端口,能夠進行60到100個層位的多級壓裂并且能夠將井筒特殊區域進行選擇性的壓裂。

最近,公司對Quadrant系統做了現場測試,該系統主要采用在油管上的一個轉換工具,而不是來打開封隔器和泵之間的若干個通道,沒有壓裂層數的限制,在低泵速和高泵速下都可以使用?!斑@套系統使我們能夠一次打開一口60段壓裂井的一個層,或者同時打開三個層”

尾管懸掛封隔器

Packer Plus公司也在研究一種新型的尾管懸掛封隔器,以解決水平井段工具下放所需壓應力的難題。Themig指出,新型設計配置了一個反預制結構,能夠確保完井系統完全安裝并且提升生產封隔器的高壓密封能力。

“尾管懸掛封隔器,之前通常作為套管井尾管懸掛器的一部分被永久安裝在尾管上,逐步用于提升井的井密封性和成本效率?!?TIW技術支持和培訓部門主管Terry Howard 表示,“在20世紀80年代,安裝頂部封隔器的尾管只占20%,現在這一數字達到了80%到90%?!?/span>

在一些情況下,作業人員都把封隔器作為標準設備同尾管一起下入井底,避免固井效果不佳的情況再下封隔器?!霸谶^去,作業人員并不會將封隔器同尾管一起下入。然而,如果注水泥后發現尾管效果不好,那么他們就必須中止作業來重新下封隔器,這往往會耗費大量的時間并且需要多次起下鉆??紤]到總成本,從長遠來看,這無疑是比較省錢的?!?span style="color: #ffffff;">石油圈原創www.h29736.cn

井深、壓力、溫度的增加都成為了驅使提升尾管封隔器強度和能力的重要因素。他指出,“30年前,尾管頂部封隔器能夠承受5000psi的壓差就算業內頂尖,而現在我們已經達到了10000psi,而且希望能夠達到15000psi”

TIW公司的尾管懸掛封隔器在全球應用廣泛,客戶認識到額外密封重要性的時候,深水成為了關鍵市場?!翱蛻魝冞€希望尾管懸掛器在高溫高壓環境下能夠更加穩定,現在坐封溫度一般都在400華氏度左右,但是我們已經看到很多地方的溫度已經達到450華氏度,甚至500華氏度”

為了克服高溫對橡膠的約束,TIW公司開發出了一種可擴展的尾管懸掛封隔器——XPak,在安裝封隔器位置處的尾管懸掛器和套管之間采用金屬密封。依靠一個液壓工具打壓膨脹,該工具產生一個巨大的力拉伸鋼管直到接觸到外層套管。他解釋道,“在安裝方法上,這種封隔器類似于一種固體膨脹技術,但相比傳統橡膠封隔器它的密封性更可靠,能夠在更高的壓力和更高的溫度下使用。在極端環境下這將會是一個理想的選擇,同時,封隔器上會安裝橡膠起到二次密封的作用?!?span style="color: #ffffff;">石油圈原創www.h29736.cn

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