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防砂技术起底 油服巨头有啥“武林秘籍”?

防砂技术起底 油服巨头有啥“武林秘籍”?

如今,防砂作业在油气作业过程中的地位愈发重要,全球各大油服公司也为此投入了大量资源,纷纷撰写出了各自的“武林秘籍”。那么,针对这一技术,各家高手究竟有何高招?

来自 | Weatherford等
编译 | 白小明

海上作业成本、作业水深以及油藏复杂程度不断升高,作业人员愈发倾向于将更多控制措施引入到钻完井设计中,而不是等出现了问题再进行补救。对于防砂作业,一些油气服务公司也提出了很多新型应对措施,并得出了一个结论:从长远来看,在前期加大防砂措施方面的投入,能够节约更多成本,尤其是在深水井与水下完井作业中,效果尤为突出。

威德福完井技术部防砂主任Randy Simonds称:“在钻井作业中,钻遇的地层情况越来越复杂,使得完井作业也变的越来越复杂。”

Randy Simonds还补充道,2014年油气行业的完井作业费用首次超过了钻井作业费用。同时,由于对井壁稳定性的愈加重视,对于以往那些无需进行防砂作业的井段,作业人员也都采取了必要的防砂措施。

“然而,基于后期修井作业的成本和技术方面的限制,我们往往将防砂手段作为一种预防措施,而不是一种补救措施。”Randy Simonds表示,防砂工艺已经成为作业者常用的一种安全措施了。

“目前,作业人员都在极力寻求一些可靠的完井工具以及能够保持油气井持续生产的特殊措施,”Randy Simonds说道,“‘可靠性’目前已经成为一个标语。”

那么,到底该如何确保油气流的连续性呢?很多时候,作业人员并不想采用智能井技术,因此作业人员需要寻求具有创新性的油气藏管理方法,而不是采用类似智能完井技术所需要的一些基础设施建设。

这就要求作业人员在建井初始就开始实施防砂措施,并且要全面洞悉油气生产过程中储层物理特征可能发生的变化。

贝克休斯防砂产品生产主任Suzanne Stewart称,在海洋油气开采过程中,修井作业成本和技术方面的限制,进一步加大了实施补救性防砂措施的难度。而事实上,由于井身结构已经确定,这又限制了一些防砂的机械性补救措施。如果在起始完井阶段采取了必要的防砂措施,多级套管井和裸眼井就多了一些可选择性。很多时候,完井作业一旦结束,上部完井就限制了可用于防砂作业的工具尺寸。

斯伦贝谢:技术升级刻不容缓

斯伦贝谢防砂服务销售和营销经理Thomas Murphy说:“随着钻完井技术的发展,我们发现油气行业正逐步向裸眼完井方式发展,这种现象几乎出现在全球所有防砂市场中。”

与此同时,高成本的海上作业和深水区作业的防砂领域同样受到了该趋势的影响。

Thomas Murphy还指出,伴随着人们对设施可靠性和长期生产的需要,深水领域的裸眼完井数量呈递增态势。为了迎合需求,斯伦贝谢研发出了OptiPac 可选择多通道砾石充填作业服务,该技术包括了滤砂器、分流管、特种流体和抽汲系统等,多种工具系统综合辅助全井段的完井作业。

尽管上述技术对油气行业来说并不新颖,但对于作业人员在高风险环境中所面临的挑战而言,OptiPac 可选择多通道砾石充填作业系统算得上是一种可用的全新技术,各防砂层段的完井作业都需要进行技术改进,并实现技术衔接和协作,以满足所用工具下放上提的需要。Murphy表示,斯伦贝谢防砂服务部正在与M-I SWACO的油气井生产团队携手研发相关技术,并开始实行深水裸眼完井所需的工艺流程。

从实施得角度来讲,无论是储层钻井液还是以多种方式投产的整个工作流程,都是必需进行的。尤其是储层段的钻进与保护、砾石充填之前裸眼井段的顶替作业、砾石充填作业以及滤饼清除作业等,这些都是完井作业的关键步骤。

面对油气行业新的要求,技术人员对流体技术进行了研究,目的是在进行砾石充填时,使携砂液能够在一定的时间间隔内保持低摩阻状态。用于清理滤饼的化学剂也能够有效去除滤饼,并与携砂液保持良好的配伍性,在更高温度条件下实施该作业时,仍能满足OptiPac可选择多通道系统对流体性能的需求。

M-I SWACO油气井生产副总裁Charles Svoboda表示,就MudSOLV NG滤饼清除技术在裸眼完井当中的应用而言,其设计目的不仅仅在于砾石充填流体的配伍性和均匀清除滤饼的能力,而且还要与完井工具相配伍,抑制其腐蚀程度,防止防砂措施的过早失效。总之,上述服务提供的化学清理处理工艺与储层钻井液(RDF)相互协同使用来打开储层。因此,RDF组分和工程作业显著影响着层段完井和最终的油气生产。

Charles Svoboda说:“我们通过确保所采用钻井液与完井作业相配伍来尽量缩短钻完井周期。同时,我们也希望在钻完井过程中,井眼可不受岩屑的影响。我们的智能3D顶替充填服务包含三个顶替的关键部分——水力、力学与化学方面,保证井眼免受岩屑影响并为后续作业做准备。”

Murphy补充说道:“在硬件方面,我们已经掌握了裸眼砾石充填完井作业中封隔多个层系的技术,目前正致力于解决井下因长井段砾石充填导致泵压过高而引发的各类问题。”在这期间,斯伦贝谢研究了Hornet地面砾石充填系统,即通过失重测量系统来控制支撑剂浓度的砾石充填混合器。他表示,该技术在低排量、低浓度的砾石充填环境中可起到至关重要的作用。

威德福:智能工具独领先锋

威德福大部分防砂攻关工作都集中于单趟多层防砂技术上。该公司研发出一种流量控制装置(ICD),可实现如下功能:当水量达到特定临界值时,ICD会像一口智能井一样会自动发生反应并封隔特定层段。但这需要具备一个前提条件,即允许高频率安装较大数量的ICD装置。

Simonds说:“造成出砂的最大元凶之一是出水。”威德福公司C系列封隔器在井眼生命周期内,可以实现对裸眼井段进行层间隔离。同时,“皮碗”式封隔器的坐放机制可以根据井眼形状进行塑造和变化,且可在不规则井眼中实现有效密封。

“我们可以利用自己的RFID技术进行该工具的安装”,引用北海“零暂停”完井作业的特点,“该技术已经进入商业化应用,可省去投球作业流程。”此外,他们还研发出了可进行复杂井下作业的智能工具,避免常规作业中遇到复杂问题需要暂停作业的麻烦。

贝克休斯:新型材料惊艳众人

贝克休斯最新推出了适用于砂岩层的GeoFORM防砂管理系统,该系统采用一种形状记忆聚合物并将其粘附于中心管上,也就是Stewart宣称的能够“从根本上取代砾石充填作业”的技术。

当处于井底温度条件下时,该材料的内部化学成分被激活,顺着井眼形状开始扩展延伸,并对周围地层形成有效的支撑。该作用能够有效稳定近井眼地带,减少颗粒运移。贝克休斯称:该材料的滤失特性达到甚至超过了砾石充填的效果,同时也避免了铺置支撑剂的麻烦

目前,记忆聚合物已广泛用于汽车制造业,但在油气行业中的应用却仍为罕见。贝克休斯材料技术组发现,使汽车保险杠凹痕恢复原状的加热处理工艺技术同样也可用于裸眼井,且该材料本身也可被设计成高效滤砂器。

Stewart解释说:“GeoFORM技术无需像滤砂器和支撑剂那样,而且其应用也不仅仅局限于特定粒径的砂粒防砂。同时,研究还发现同种聚合物配方更适用于大范围粒径的砂粒防砂。”这使得上述产品尤其适用于多粒径范围的井眼储层段,例如大斜度井的多层段防砂。

Stewart说:“较长的水平井眼段往往存在多种粒径分布。”GeoFORM产品的抗温极限为88℃左右。Stewart说:“该温度条件下,GeoFORM可适用于全球大多数井眼。

哈里伯顿:扩展能力无与伦比

哈里伯顿公司于2012年为雪佛龙公司在墨西哥湾三口超深水井布署了其新一代增强型单趟多层(ESTMZ)FracPac完井系统,该技术由哈里伯顿公司和雪佛龙公司联合研发而成的。

雪佛龙公司希望把单趟多层完井系统作为一种可代替常规多层充填完井作业的经济型备选方案。此外,哈里伯顿公司还透露,之前的单趟系统在作业时效方面并不具备足够的优势,仅仅8桶/分钟的泵注排量对于油气井的增产改造而言仍相对较低。

ESTMZ系统可将泵注排量提升至45桶/分钟,而且还将压差值从6000psi增至10000psi。除此之外,哈里伯顿公司还研发出了粘度更大、强度更高、可混合更多支撑剂的材料,实现每口井在最大泵注排量下可容纳375万磅支撑剂,这在很大程度上满足了长生产井段的需求。哈里伯顿公司称,该系统使雪佛龙的完井作业周期平均缩短了18天。

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