層間封隔技術(shù)的最新進(jìn)展
時(shí)間：2018-09-28 16:09
來源：
作者:張瑜
越來越惡劣的井下條件需要水泥隔離液、封隔器和彈性體改進(jìn)，以促進(jìn)故障診斷的應(yīng)用。更長、更深、溫度更高的井正在增加井完整性的風(fēng)險(xiǎn)，推動(dòng)層位分隔方法的發(fā)展。使作業(yè)者能夠保證完井研究機(jī)械、液體活化及化學(xué)溶液的開發(fā)工作正在開展，以應(yīng)對(duì)日益嚴(yán)峻的井下環(huán)境挑戰(zhàn)，這些井下環(huán)境的影響無處不在， 從彈性體到封隔器，再到水泥。與此同時(shí)，在問題變得嚴(yán)重之前，我們使用故障診斷工具來檢測(cè)問題。在低壓條件或自然裂縫比較發(fā)育環(huán)境下，油井可能出現(xiàn)意料之外的井漏，尤其是在水泥覆蓋面積更具挑戰(zhàn)性的情況下。GE 貝克休斯能源集團(tuán)（BHGE）全球固井業(yè)務(wù)開發(fā)經(jīng)理格雷格·迪安 （GregDean）表示，低壓意味著我們?cè)谳?/span>送比鉆井泥漿要重的水泥時(shí)會(huì)遇到問題，所以在油井中要有良好的水泥覆蓋面積。
封隔不良導(dǎo)致需要采取補(bǔ)救措施，如水泥擠壓，這會(huì)增加鉆井時(shí)間和操作成本。據(jù)估計(jì)，大約有三分之一的固井和鉆井產(chǎn)品的支出與井漏情況有關(guān)。在固井水泥漿和隔離液設(shè)計(jì)方面，高壓高溫（HPHT）條件對(duì)確保油井施工期間的完整性和油井的使用壽命尤其具有挑戰(zhàn)。“我們的大部分研究工作都與固井水泥漿化學(xué)有關(guān)，但我們也專注于固井之前的泥漿去除。在固井作業(yè)之前，如果不進(jìn)行適當(dāng)?shù)哪酀{去除或井孔凈化， 不管水泥漿的質(zhì)量或性能如何，我們都無法實(shí)現(xiàn)良好的井筒封隔。 ”
2018 年 4 月，BHGE 推 出 了SealBond Ultra， 這 是 該 公 司 水泥隔離液系統(tǒng)組合的最新成員，用于解決固井時(shí)發(fā)生的嚴(yán)重的循環(huán)漏失問題，包括自然裂縫性地層的裂縫對(duì)于傳統(tǒng)漏失循環(huán)材料（LCM）技 術(shù) 來 說 太 大 的 問 題。 該 系 統(tǒng) 可以封堵裂縫，其封堵能力可以達(dá)到4mm，而傳統(tǒng)系統(tǒng)的封堵能力僅為1mm。該系統(tǒng)是基于一種疏水改性聚丙烯酰胺，當(dāng)它們與滲透性地層接觸時(shí)，可以聚集膠束并填充孔隙。作業(yè)后對(duì)成功固井作業(yè)分析，當(dāng)量循環(huán)密度已經(jīng)超過估計(jì)的破裂梯度，達(dá)到 1 lb/gal，顯示了新的密封環(huán)隔圈系統(tǒng)的有效性。哈 里 伯 頓 Swellpacker隔離系統(tǒng)正在得到改進(jìn)，為特定的鹵水和鉆井泥漿系統(tǒng)提供高含鹽的能力，從而消除了交換流體膨脹封隔器的需要。這種新的水泥隔離液系統(tǒng)適用于任何遇到 LCM 問題的環(huán)境或與固井和層位分隔相關(guān)的挑戰(zhàn)。哥倫比亞的一家生產(chǎn)者成功地將該技術(shù)應(yīng)用于在固井前會(huì)造成井漏的高滲透砂層。該作業(yè)者在所有高滲透區(qū)都實(shí)現(xiàn)了有效隔離，水泥評(píng)價(jià)測(cè)井表明，沒有發(fā)生安全事故。該技術(shù)已在該領(lǐng)域的所有生產(chǎn)尾管固井工作中實(shí)施。
整體分析
“哈里伯頓公司對(duì)井的完整性采取了全面分析的方法，與鉆井工程師合作，在井建設(shè)和規(guī)劃階段確定出問題區(qū)域，然后與完井團(tuán)隊(duì)合作。 ” Ben Wellhoefer 解釋說： “通過在各方面保持合適，我們可以提供一個(gè)完整的隔離方案，確定環(huán)境挑戰(zhàn)，并遵守不斷變化的法規(guī)，以確保有效的層位分隔、安全性和法規(guī)遵從性。了解封隔器在關(guān)鍵層位的位置及方式，特別是在探井中，這是井完整性的主要挑戰(zhàn)。“在鉆井過程中，隔離這些層位至關(guān)重要，以減少持續(xù)的套管壓力，隔離水或問題層位。”“通常情況下，在施工過程中會(huì)使用裸眼封隔系統(tǒng)來支撐水泥， 這是層位封隔傳統(tǒng)的主要方法。 ”
此外，封隔系統(tǒng)必須能夠承受優(yōu)選出的鉆井液，無論是在下鉆中的鉆井液還是在生產(chǎn)中的鉆井液。Wellhoefer 表示，哈里伯頓的Swellpacker 封隔系統(tǒng)，具有自修復(fù)的彈性體，在套管內(nèi)和裸眼中與油或水接觸時(shí)，彈性體就會(huì)膨脹，該系統(tǒng)正在得到改進(jìn)，以在高鹽度的鹽水和鉆井泥漿系統(tǒng)中提供膨脹能力。需要繼續(xù)研究創(chuàng)新的問題，是彈性體在高溫高壓環(huán)境下變得更柔韌。K2 高壓端環(huán)有助于消除擠壓，防止橡膠流動(dòng)，并允許封隔器保持更高的壓力。哈里伯頓公司還在加強(qiáng) SwellSim 軟件的實(shí)時(shí)性能力，并增強(qiáng)了其延遲系統(tǒng)即彈性涂層，從而能夠精確控制封隔器膨脹率。在拉丁美洲海洋開發(fā)鉆探活動(dòng)中，作業(yè)者運(yùn)行帶有膨脹式尾管的5-in. 隔離系統(tǒng)，可增加油藏接觸，在需要減小井眼尺寸的高度減壓區(qū)減少完井時(shí)間和風(fēng)險(xiǎn)。該隔離系統(tǒng)深入 1,214ft（370m）的井中，沒有任何阻力或限制。該作業(yè)者節(jié)省了 10 天的完井時(shí)間和 300 萬美元。ZoneGuard 是哈里伯頓裸眼封隔器系統(tǒng)的最新版本。該公司正在更新一套新的錨固系統(tǒng)，以提供完整的層位分隔方案。該系列包括三種設(shè)計(jì)， 包括 ZoneGuard FP （fracpacker），一種面向美國大陸市場(chǎng)的經(jīng)濟(jì)性封隔器。FP 裝置最近被部署 在 中 大 陸 盆 地（MidContinentBasin），在單一的井筒里有超過40 個(gè)獨(dú)立的封隔器。對(duì)于井筒隔層，當(dāng)使用流入控制裝置或篩時(shí)，海上應(yīng)用和作為固井封隔器的底部封隔器，通常使用區(qū)域保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)范圍或區(qū)域保護(hù)高膨脹封隔器。
減少用水量
創(chuàng)新還提高了非常規(guī)油氣藏機(jī)械隔離方法的可靠性和效率。為了解 決 傳 統(tǒng) plug-and-perf 作 業(yè) 的局限性，GEODynamics 公司推出了一種復(fù)合塞系統(tǒng)，旨在確保整個(gè)plug-and-perf 作業(yè)的層位封隔。“ 該 系 統(tǒng) 減 少 了 時(shí) 間 和 用 水量，同時(shí)消除了與以前提高效率的策 略 相 關(guān) 的 風(fēng) 險(xiǎn)。” 完 井 工 具 副總 裁 Raymond Shaffer 說：“ 最大 的 挑 戰(zhàn) 是 多 層 位 plug-and-perforation 作業(yè)和球座 - 下射孔槍最大、坐球塞、射孔槍點(diǎn)火、從射孔中發(fā)出，接著啟動(dòng)壓裂作業(yè)，如果射孔槍不能點(diǎn)火，利用連續(xù)油管裝置則需要傳送射孔槍。
該公司的 EVOLV 與 FracTrap技術(shù)為作業(yè)者提供了將球送入恰當(dāng)位置的能力，消除了對(duì)坐球塞之后從表面泵如球的能力。將球送入恰當(dāng)?shù)奈恢玫牧硪粋€(gè)好處是能夠坐球塞時(shí)盡快測(cè)試層位的能力，確保壓裂作業(yè)開始之前球塞維持壓差。該系統(tǒng)于 2018 年 4 月推出，使用更少的水入球座，從而在每個(gè)階段都節(jié)省了大量的水，并減少了泵送的時(shí)間。“在典型的二疊紀(jì)盆地井，40~60 段，每段可以節(jié)省 15分鐘的時(shí)間，任何地方都可以節(jié)省5~8 萬美元的成本，包括減少水的成本， 只要不把球往下泵送就可以。當(dāng)射孔槍不能點(diǎn)火時(shí)，調(diào)整成套工具內(nèi)的打撈工具允許作業(yè)者流回接住球，從井孔中出來，然后泵入另一根射孔管柱繼續(xù)操作。這種球塞由模制復(fù)合材料組建成，額定為 10,000 psi，能夠快速磨銑并產(chǎn)生小顆粒的碎片。自從在二疊紀(jì)盆地（PermianBasin）和鷹福特（Eagle Ford）進(jìn)行了 18 個(gè)月的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)以來，該系統(tǒng)已經(jīng)經(jīng)歷了 8,000 多次美國運(yùn)行，包括 DJ 盆地和落基山脈地區(qū)。有機(jī)會(huì)流回接 60 多個(gè)球，消除利用連續(xù)油管干預(yù)的必要性。
在 做 這 些 努 力 的 同 時(shí)， 企 業(yè)也越來越認(rèn)識(shí)到使用診斷系統(tǒng)來檢測(cè)那些會(huì)給油井造成故障的問題的價(jià) 值。TGT 油 田 服 務(wù) 公 司（TGTOilfield Services） 首 席 營 銷 官肯· 費(fèi) 瑟（Ken Feather） 表 示，因?yàn)榇蠖鄶?shù)井的完整性問題發(fā)生在油井的外圍、管道和水泥等后面，檢測(cè)和定位泄漏或沿環(huán)空流動(dòng)路徑的過程至關(guān)重要。”他指出，管道、水泥、彈性體、封隔器和閥門等必須處于良好狀態(tài)，必須具有良好的密封性能。屏障看起來是完好的，但不是密封的。例如，水泥的機(jī)械性能可能是堅(jiān)固的， 可以覆蓋環(huán)空，但它不能完好密封，因?yàn)榭床灰姷?/span>微環(huán)或裂縫會(huì)導(dǎo)致不必要的流動(dòng)路徑。此外，隨著時(shí)間的推移，水泥、管柱和其它層狀隔離組件會(huì)退化。聲譜水泥通道檢測(cè)系統(tǒng)可以記錄并分析井筒內(nèi)的聲譜，以檢測(cè)無法檢測(cè)到的微裂縫或環(huán)空水泥通道內(nèi)的流體流動(dòng)，這些流體流動(dòng)可能在井投產(chǎn)后沿環(huán)空泄漏。
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