石油圈
2020年SPE水力壓裂會議，為你展示全球水力壓裂最新進展。
編輯 | 大安
水力壓裂是一項有廣泛應用前景的油氣井增產措施，水力壓裂法是目前開采天然氣的主要形式，要求用大量摻入化學物質的水灌入頁巖層進行液壓碎裂以釋放天然氣。每年，水力壓裂領域的創新者都會找到新方法來推動該行業的發展，在降低成本的同時提高作業效率。今年， SPE水力壓裂技術展會于2月4日至6日在休斯敦舉行。屆時，水力壓裂專家齊聚一堂，分享知識并討論該行業的挑戰，許多公司也展示了其最新、最令人印象深刻的技術。以下是在會議上展示的最新技術與產品樣本。
1、微支撐劑提高產量
CARBO公司的NANOMITE微支撐劑擁有陶瓷與砂礫兩種類型，分別叫NANOMITE C與NANOMITE S。它的體積很小，僅是常用最小支撐劑尺寸的一小半。在壓裂作業中，作業者會遭遇支撐劑充填困難、作業壓力升高、過早出砂等問題，而這種經濟效益高的產品可解決他們的燃眉之急。常用支撐劑體積太大，無法在復雜的裂縫網絡中形成微裂縫，其輸送特性也限制了支撐劑進入地層的距離。而NANOMITE C的最小顆粒比100目壓裂砂中的最小顆粒小五倍以上。在復雜的裂縫網絡中，即使遇到最窄的次生裂縫與微裂縫，該顆粒也能將之撐開。NANOMITE可確保微裂縫撐開，有助于提高產量，增加油藏的有效壓裂體積，降低作業壓力，并可確保作業者生產井的長期產能。
圖2 小尺寸NANOMITE C微支撐劑能夠進入開度小的裂縫。（來源：Carbo Ceramics公司）
2、公司重視支撐劑數據，推出帶樹脂涂層的壓裂砂
Covia公司可為所有主要區塊的任何井場環境，提供油氣井完井技術方案。在SPE水力壓裂技術會議上，該公司展示了一種支撐劑選擇的定制方案，帶樹脂涂層壓裂砂的增產效果，以及一套全井筒、全方位的服務供應鏈。測試與現場數據表明，在高應力區塊的完井作業中，與成本更低的Tier 2壓裂砂相比，Tier 1壓裂砂的物理與化學性能更強，可提供更高的產量。Covia公司即將推出Backstop，即二疊紀專用的支撐劑返排砂。Backstop是一種專為特定區塊定制、帶樹脂涂層的壓裂砂，它可以確保支撐劑留在井內。
3、新型壓裂泵的功率更高，占地面積更小，降低了成本
Cudd公司新型Q-3000壓裂泵可提供最高的泵效、耐久性以及更低的作業成本，與傳統的低馬力泵相比，僅需更小的占地面積。這種功能強大的設備是業內首個符合Tier 4排放標準、柴油驅動、井底壓力可至3000水馬力的壓裂設備。它們在高達14000psi的壓力下（4.5英寸柱塞可提供更高壓力），可提供超過2800水馬力的功率。燃油容量達到550加侖，因此可延長泵送作業，提高燃油效率與功率密度。Q-3000泵擁有一個廢氣再循環系統，可在不影響性能的情況下減少排放，并且無需柴油尾氣處理液或柴油微粒過濾器。更小的占地面積與更高的功率，意味著更少的非生產時間和更高的安全性，所有這些都有助于降低作業成本。
圖3 Q-3000壓裂泵的燃料容量為550加侖，可提供超過2800的液壓馬力。（來源：Cudd能源服務公司）
4、新型閥門解決了轉向劑的作業難題
眾所周知，利用壓裂泵設備來泵入大量轉向劑是一項挑戰。DiverterPlus公司與國民油井華高(NOV)協同努力，以最大程度地減少或避免轉向劑顆粒嵌入閥芯造成的更快磨損與潛在損壞。DiverterPlus公司利用Div +系列轉向劑顆粒的新型制造技術，來控制這種聚合物的機械性能與幾何形狀，從而無需在更激進的轉向作業中使用額外設備。結合NOV公司的Blue Thunder閥門以及合作開發期間獲得的數據，插入該閥門的聚合物擁有很高的耐磨性，并且不會出現轉向劑大顆粒造成的嵌入問題。這種組合系統消除了停工風險，避免了高昂的潛在維護成本，從而能夠最大效率地進行壓力泵送作業。
圖4 DiverterPlus與NOV合作開發出一種解決方案，可最大限度地減少泵入大量轉向劑時造成的磨損與損傷。（來源：DiverterPlus）
5、膨脹管可改善壓裂作業
Enventure全球技術公司是一家為能源行業提供膨脹管技術的供應商。膨脹管技術適用于無限制層位或井段的多級壓裂作業，可提供大通徑，以容納更大的射孔槍，并增大過流面積，從而獲得更大的壓裂體積與泵速。ReFrac膨脹管是一種利用固體膨脹技術與彈性體技術的多級完井工具，它能夠改善壓裂作業效果。此外，無論是連續油管送入的常規裝彈射孔，還是泵送復合橋塞進行封隔作業，ReFrac系列產品可用于任何類型的射孔、下橋塞、壓裂作業。這些產品有助于創建多個新的射孔段、壓裂段，以支持重復壓裂方案。最新發布的用于重復壓裂的下一代膨脹管，為作業者在選擇機械式分層隔離技術時，提供了更多的選擇。
6、儲罐監測與資產跟蹤的重要性
在儲罐與運輸罐中采用計量工具，可對化學品與設備的效率與壽命產生積極影響。在監測化學品從工廠運輸給客戶的過程中，液體監控與資產跟蹤技術發揮著舉足輕重的作用，有助于確保及時交付，并實時監測化學品的數量。選擇資產監控方案時，需要考慮數個要點。其中包括：尋找一系列可滿足需求與預算，且兼具可行性與可擴展性的解決方案。很重要的一點是，該解決方案必須針對直接需求進行定制。有形的價值和利益，應與公司的經營目標相一致。另外，為解決偏遠地區的傳輸難題，需要能夠選配諸如衛星和蜂窩網絡之類的技術。
圖5 Permian區塊的儲罐配備了液位監測與資產跟蹤裝置（來源：Hoover Ferguson）
7、平臺利用數據幫助作業者提高產量
MicroSeismic公司的FracRx是集成了多種物理參數、可進行數據分析的綜合平臺，它可根據收益率，向作業者準確展示何時開始或停止壓裂作業。FracRx利用MicroSeismic公司的先進技術，根據支撐和未支撐的離散裂縫網絡（來源于監測數據），構建出完整的油藏增產模型，從而優選鉆探具有經濟效益的油井?；谧鳂I者的成本與價格限制，建立經濟模型。然后，利用FracRx進行儲層模擬，可估算出基于時間軸的產出液體積與供油體積，然后創建財務模型，以預估最具經濟性（最大凈現值）的完井作業參數。該平臺提供了完整的油藏描述與壓裂后的儲層圖，包括供油體積，還可在壓裂期間，為工程師提供每個泵送階段的作業方案，以提高產量，增加資產價值。
圖6 利用先進的微地震數據分析與油藏建模工具，建立了理想的井網模型，增產65%以上。原始井的完井作業沒有借助實時干預，而新井則利用實時監測與動態優化泵送參數。兩者相比，高下立判。（來源：MicroSeismic公司）
8、低溫下水解得更快的轉向劑
縱觀歷史，可降解聚乳酸(PLA)轉向劑通常僅用于溫度超過150華氏度的井。雖然聚乳酸產品也可在150華氏度以下實現轉向功能，但在這些溫度較低的井中，它們的水解速度較慢。在低溫下能夠水解更快的商業替代品往往會帶來處理問題，有時需要冷藏。NatureWorks公司與A. Schulman合作開發的Ingeo DH1000，在120至150華氏度的井溫下，水解速度可提高4倍，同時還保持了聚乳酸的固有機械性能。此外，用桶或袋子即可將DH1000運送到井場，無需特殊處理。這種轉向劑可用于不同粒徑的配方，既可用于近井眼，也可用于遠場。在遠場應用中，該轉向劑可最大限度地降低發生壓裂干擾的概率。DH1000將于2019年投入商業使用，目前已經在Permian盆地的75口井中進行了測試，并在其他國家也進行了幾次測試。
圖7 用Ingeo DH1000制成的快速降解轉向劑，保留了PLA的機械性能，適用于溫度低至120華氏度的低溫井。（來源：NatureWorks）
9、支撐劑輸送系統降低了運輸成本
Proppant快遞投資有限責任公司是一家私人控股公司，總部位于丹佛。該公司的PropX是最后一英里集裝箱式系統，用于將壓裂支撐劑從礦山或轉運站輸送到井場。該系統的設計初衷是降低最后一英里的運輸成本，減少卡車運輸，避免滯期費，提供比現有方法更為靈活的最大裝載量，產生更少的粉塵與噪音，以及滿足全球某些泵送量最大的壓裂作業的需求（在某些情況下，每個泵組的泵入量大于9MMlb/d）。僅需不到10分鐘，即可卸下與裝載砂箱，相比之下，氣動輸送相同質量的支撐劑則需要45分鐘，大大減少了卡車裝卸問題，以及卡車司機在等待卸貨時收取的滯期費。PropX產品中集成了智能手機與臺式機應用程序，可快速、輕松地訂購壓裂砂，還可跟蹤從轉運站至井場的傳動負載，獲得井場的壓裂砂庫存以及每個壓裂段的報告摘要。
圖8? PropX最后一英里集裝箱式系統的設計初衷是減少卡車運輸與滯期費（來源：PropX）
10、設計用于水力壓裂的二氧化硅粉塵工程系統
Sierra粉塵控制有限責任公司推出一個真空系統，可有效用于所有天氣類型與設備配置（包括箱式、筒倉式砂礫輸送系統）。在不妨礙完井作業或人員的情況下，可實現作業目的。美國職業安全與健康管理局要求暴露環境中粉塵濃度持續低于25微克/立方米。根據2021年6月23日開始執行的一項新規定，水力壓裂場地必須實施工程控制，將游離二氧化硅粉塵濃度必須控制在允許的暴露極限之下。來源：Sierradustcontrol官網。
11、新技術利用電纜可實時測量壓裂效果
為了優化增產措施與完井設計，以解決關注度漸長的井間連通問題，作業者需要利用數據來深入了解儲層。實時評估增產效果，定量測量裂縫長度，是開發頁巖油藏的首要任務。據Silixa公司稱，它已經與Carina XwellXpress公司合作發布了首個采用光纖電纜部署的水力壓裂監測服務。這項服務可以實時監測多孔彈性介質的累積應變，識別壓裂干擾，同時還可準確定位微地震事件，收集高質量的地震數據。這使作業者能夠優化井距并即時更改壓裂設計，以提高產量并降低整體完井作業成本。采用常規的電纜泵送或爬行器技術，即可輕松地部署該系統。在壓裂作業期間，可下入多根或多次下入電纜。從而，作業者隨著壓裂作業的推進，可精確的知曉地下裂縫網絡的擴展情況。來源：Silixa官網。
12、新一代泵組配備了車身更短的泵車
USWS公司將在2020年第一季度發布新一代泵組。最新設計將泵車的總長度從48英尺減少到36.9英尺，縮短了23%。新研發的Power Cube系統可將變壓器與電機控制裝置安裝在一起，從而實現車身的縮短。USWS采購了新組件以提高設備的效率與使用壽命，并升級了電源端。新電源端的結構更堅固，可承受業內各種苛刻的作業環境。新型Clean泵組還升級了盤根潤滑系統，該系統利用多個傳感器來更有效地進行潤滑。升級后，該系統將提高盤根壽命，減少浪費，提高作業效率。此外，這種新型泵組將采用機油潤滑的設計，這將減少油脂潤滑系統帶來的清理工作。
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