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同步鉆完井技術有望大幅增加井深

同步鉆完井技術有望大幅增加井深

同步鉆完井技術有望將鉆井深度增加至30千米,油藏的開采效率將顯著提高。

來自 | JPT
編譯 | TOM 驚蟄

大位移井(ERD)技術雖然應用廣泛,但還存在瓶頸,井深受限在12千米內,水平位移也不到10千米。本文介紹了一種能夠同時鉆、完井的技術,能夠大幅擴展鉆井作業范圍,最終目標是完成井深30公里井筒的建設。井深更大意味著作業者利用現有生產設施能夠開采到更遠的油藏,并使作業者擁有進入環境敏感區域下方儲層的手段。

該技術引入了一種建井新方法。在鉆井作業期間,封隔器封閉環空,維持同一個井徑鉆至最終靶點。利用導向鉆井模塊執行鉆井作業,雙層套管取代了鉆柱,鉆屑通過內層套管運移至井口。管柱在鉆井過程中不旋轉,而是由牽引系統向前牽引。該牽引系統由多個牽引裝置沿管柱以120米的間隔組合而成。用于完井的工具,例如防砂篩管、傳感器與控制系統,都被集成到雙層套管中。

系統描述

基于該技術,開發出了兩個鉆完井版本:用于12.25in井眼的套管鉆井系統以及用于8.5in井眼的尾管鉆井系統。目前該項目重點集中于尾管鉆井系統,開發出的解決方案適用于這兩套系統。

在尾管鉆井技術的基礎上,形成了一套尾管鉆井解決方案??蓮默F有的生產套管鞋深度,將井延伸。部署尾管的極限深度受限于生產套管鞋的深度,因此,建井深度最高可達20千米。尾管是通過標準鉆桿下入井底,因此傳統的鉆機設備可用于該項鉆完井作業。相比之下,完整的生產套管鉆井技術也可以鉆更深的井,但需要對地面設施進行大量的改造。

尾管鉆井系統的主要設備是雙層管柱的循環系統與多個液壓動力牽引裝置,該裝置用于克服機械摩阻并提供鉆壓。尾管系統利用下入工具安裝在鉆桿上,該下入工具除了連接地面與底部鉆具組合(BHAs)之間的數據通信之外,還提供灌漿功能并可切割回收。

液壓使牽引裝置的封隔器徑向膨脹,直到它受到井眼約束。一旦封隔器膨脹,可以向牽引裝置滑套的任一側提供驅動壓力,從而施加相對于井眼的牽引力。根據壓力所作用的側面,可將尾管推入井中或將其從井中起出。在正常作業期間,軸向力克服尾管與井眼之間的摩阻,并為鉆頭提供鉆壓。封隔器膨脹所產生的壓力與地層摩擦系數結合起來,將會決定系統輸送的最大軸向力。在行程結束時,封隔器縮回,然后重新定位以進行新的行程。

牽引裝置的行程決定了封隔器的坐封與重置頻率。對于10千米的井段,若滑套的行程為2米,將需要激活5000次封隔器。內管柱可穿過牽引裝置,從而巖屑能夠上返至地面,也可利用留有的環空來灌漿。

雙管連接設計使尾管段能夠在鉆臺上快速組裝。該連接系統包括:配備有改進型接箍的標準外層套管接頭、內層生產管柱、配備有電子連接器的上下內部接箍以及用于在上扣期間定位尾管段的裝置。一旦組裝好,內層管柱就有一定的自由度,可在光滑內壁中軸向移動,以補償內管與外管之間的溫度差異,這可導致它們的相對長度產生偏差。

鉆井底部鉆具組合

盡管作業壽命會限制可鉆段長,但傳統泥漿馬達依然是尾管鉆井技術用來驅動鉆頭的備選方案。其一個重要優點是鉆井BHA坐封于鉆頭附近的井眼上。封隔器可有效地將鉆柱從BHA與鉆頭引起的動力影響中隔離出來,可避免常規作業中有害的鉆井動態機能障礙,比如:蹩鉆、粘滑、側向沖擊以及回轉。消除這些問題也將最大限度地延長鉆頭與BHA的使用壽命。泥漿馬達的替代者是電動馬達,它的平均故障間隔時間為數千小時。

電力與控制系統

10千米的尾管可能需要多達80對牽引裝置(基于120米的間距)。在正常作業條件下,每個牽引裝置所需的功率很低。以10米/小時的速度提供3.5噸的拉力,所需的功率只有100w。包括系統損耗在內,大約只需200瓦的輸入功率,為所有牽引裝置提供的總功率約為16千瓦。

最初的方案是利用液壓管線為所有的牽引裝置提供能量。然而,液體通過長導管帶來的壓降將會非常高。取而代之的主要解決方案是在井下配置多個電動液壓泵設備(HPUs),來驅動牽引裝置。作業者可在地面通過電子控制設備來控制電磁閥,從而針對不同的液壓功能,調整所需壓力。電動液壓泵設備、液壓控制閥與電子設備都位于灌漿的環空中。

除了驅動牽引裝置外,電液控制裝置還將引導不同牽引裝置之間的相互作用,避免出現“拔河”或潛在的鎖死情況。

產出液流入閥

一旦完井,就可利用可調活塞式流入閥,來控制流入段以實現開采。在流入閥的兩側對稱地布置防砂篩管,產出液通過篩管進入引流接頭的環形腔,依靠活塞閥的設定來控制流速。閥門的位置由電動機與滾珠絲杠式齒輪控制。

尾管懸掛器

對于尾管鉆井技術,需要用到尾管懸掛器與尾管下入工具。目前通過建模設計了:尾管懸掛器、安裝于整體芯軸上的整體尾管封隔器。還包括上部拋光座圈,它可以連接至上部完井工具,并結合內部形狀以完成閂鎖連接。

通過泥漿流動力渦輪機驅動下入工具中的發電機來產生電力。當鉆至總井深時,尾管懸掛器在套管內被液壓激活。一旦坐封了卡瓦,尾管封隔器就會坐封于套管內??梢酝ㄟ^在鉆桿內施加液壓來安裝封隔器,或施加載荷作為應急解決方案。一旦進行了壓力測試,就可以通過液壓或右旋轉將下入工具斷開,并起出井筒。

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