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哈里伯頓再出新系統助力分段壓裂

哈里伯頓再出新系統助力分段壓裂

Elect單孔滑套系統利用電子儀器,通過跟蹤井下布置的磁性壓裂球的數量,來確定何時打開滑套。

來自丨E&P
編譯丨TOM

以往,分段壓裂的特點就是隔離先前已經被壓裂的段。最有效的隔離壓裂段的方法是封隔射孔(PNP)以及滑套系統??紤]到井筒內大量獨立壓裂段的重要性,所以用PNP系統進行水力壓裂比用滑套進行壓裂更普遍。因為使用PNP系統,可以在單個壓裂段中產生多個射孔簇。對此方法的有效性研究已經有了結論,許多簇實際上根本就沒有流動性,因此對生產并沒有做出任何貢獻。業內已經認識這一點,并轉而努力去優化射孔簇效率,使精確壓裂增產成為可行的選擇。

挑戰

傳統的多級壓裂滑套采取兩種設計形式:投球激活式滑套與連續油管(CT)激活式滑套。投球激活式滑套采用尺寸漸大的球體著陸在尺寸漸大的擋板座上。漸變的尺寸意味著尺寸較大的球體是用于后壓裂的段,并且擋板的尺寸朝著井眼的趾部逐漸變小。采用投球激活式滑套的水力壓裂技術既快速又節水,但是壓裂段的數量卻受到系統設計以及功能的限制。因為擋板的尺寸不斷變大,因此能夠進入套管內的擋板數量是有限的。此外,尺寸較小的擋板會限制壓裂泵的泵速、采油速度以及水泥刮刀的下入。

連續油管激活式滑套的使用方式與投球激活式滑套相似,但是它是運用連續油管井下鉆具組合來打開滑套并提供分段隔離。雖然這克服了尺寸漸增式擋板座的限制,但是在進行高強度高流量的壓裂作業時,確實也增加了連續油管在井筒中的風險,并可能導致井跟部的侵蝕/滑套完整性問題。

當流體被泵入到連續油管環空時,為了限制侵蝕與摩擦的影響,泵速也受到了限制。這些降低的泵速會降低有效達到預期裂縫擴展以及最優油藏壓裂體積的能力。傳統的投球激活式滑套與連續油管激活式壓裂滑套系統都面臨挑戰,限制了提供無限壓裂段數量的能力,以及限制了作業者優化壓裂方案以更有效接觸儲層的能力。運用PNP法進行水力壓裂,可使壓裂段數量不受限制,但是這犧牲了一部分作業效率作為代價。

電子完井

Halliburton公司推出的新型Elect單孔滑套系統,將滑套的作業效率與PNP法作業所固有的相同潛力相結合,可以無限制地壓裂無數個區域。結合的結果是一種單孔滑套系統,該系統使用相同尺寸的球體來激活每個滑套并可提供分段隔離。因此該系統能夠滿足無限數量的可壓裂區域,可以進入更多的儲層并提高水力壓裂作業的效率。這種新型滑套系統使用電子設備來確定套筒何時需要打開。電子設備還可以計算出通過工具泵入的壓裂球的數量。

當目標數量的球通過并切換套筒狀態時,電動液壓鎖啟動。切換狀態可以實現單入、多入或趾部套筒作業。Elect單孔壓裂套筒系統使用嵌入磁體的壓裂球。與任何其他傳統的壓裂球一樣,嵌入磁體的壓裂球被泵入井眼內。電子設備很容易檢測到磁場,因此,滑套可以通過統計經過的磁脈沖來計算出壓裂球的數量。

哈里伯頓再出新系統助力分段壓裂

圖 顯示了Elect單孔滑套的橫截面圖。

由于所有的計數機構都可以從工具的內徑(ID)內移除,所以單孔滑套的電磁信號非常適用于水力壓裂作業?;椎年P鍵部件都被封裝在壓裂液的流動路徑之外。

負責開發Elect套筒系統的首席研發工程師Zachary Walton說:“我們最初研究運用機械方法來計算壓裂球的數量。但我們擔心機械計數器在高泵速壓裂與固井時的可靠性。而且支撐劑可以真正鎖死一個機械系統。機械計數也受限于工具內置的點擊次數?!?/span>

安裝在單孔滑套中的電子元件可以附加判斷邏輯,結合到計數步驟中。磁性特征的組合被用于創建附加的命令,諸如發送睡眠指令至工具。這有助于確保壓裂球計數不會被其他井下修井工具的下入所混淆,這些工具可能是用于偶然的脫砂作業。電子計數方法還允許自適應閾值,以確保來自磁性壓裂球的信號總是比任何環境磁場或井眼中固有的噪聲更強。

電池為滑套中的電子設備供電,但這些都不是典型的電池。通常都是在井下使用的鋰電池,但是這些電子組件需要鋰電池化學上的新變化,使鋰電池能夠在井下溫度下延長提供電力的時間。在具有代表性的井下溫度下,延長了多個電子組件的測試時間。在測試期間對電池電壓進行監測與記錄。通過結合睡眠模式與有效的電子設計,電子系統至少能夠運行90天,當磁性壓裂球通過時會打開滑套。額外的電池與較低的作業溫度允許在安裝完井管柱與壓裂井眼之間有更長的時間。

未來完井技術

設計出的Elect單孔滑套系統能與可溶性壓裂球結合使用。壓裂球由高強度的可溶性金屬構成,并嵌有可溶性磁鐵。當金屬與磁鐵暴露在井筒流體中,它們會溶解成微米級的顆粒。因此無需替換流體或添加酶來誘導溶解。一旦水力壓裂作業完成,使用的可溶性金屬與磁體壓裂球以及電子滑套就能夠形成完整的井眼內徑。

這種類型的技術奠定了未來水力壓裂創新的基礎,并提供模塊化設計,可用于多孔滑套以及趾部滑套設計。一旦在井下環境中證明了這些類型的技術,然后將通過改進硬件與軟件來實現附加功能。這些改進能夠推動非常規完井的未來發展,包括井筒診斷、井筒監測以及實時數據采集。

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