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封隔器技术新进展(二)

封隔器技术新进展(二)

从套管完井转向裸眼完井,级数增加,封隔器的强度和应用能力提升。

来自 | Packers Plus等
编译 | 白小明

阅读“封隔器技术新进展(一)”请点击。

永久解决方案

2005年,TAM率先推出了遇液膨胀封隔器,通常用于非常规油气井的多级水力压裂。MrFrisby解释说,这种封隔器是一种低成本的解决方案,可以确保固井水泥的长期完整性,减轻水层的潜在污染,而这些潜在污染通常是由于建井过程中出现的问题而不是水力压裂作业造成的。如果油气井后期生产时,固井水泥相关的第一道防线出现问题,那么封隔器可以阻止地层流体的移动,形成第二道防线。

遇液膨胀封隔器通常与套管一起下入,由于采用了特殊设计的弹性复合材料,因此能够吸收井内的流体,封隔器的膨胀过程需要几天的时间。MrFrisby称,“遇液膨胀封隔器对井眼环境非常敏感,需要进行大量测试,才能准确预测封隔器在特定井眼环境和井筒几何形状下的性能。我们的遇水膨胀和遇油膨胀弹性材料,可以应对从低温、高盐度到极端地热等一切环境。”

TAM有9种弹性复合材料来应对在极端条件,包括极热和极冷环境,包括一种耐温高达302℃的复合材料和FastSwell弹性材料,后者适用于膨胀较缓慢的低温环境,如俄罗斯、西德克萨斯州和泥线附近的深水环境。MrFrisby补充道,“如果我们知道具体的井况,那么我们可以非常准确地预测遇液膨胀封隔器在特定环境中的表现。大部分应用是标准化的,但当我们需要对某个不确定环境下的应用做出准确预测时,对弹性材料进行的大量测试将能帮助我们选择出合适的封隔器。”

随着行业不断向裸眼完井方向发展,特别是在控砂问题频发的海上油田,降低封隔器成本并提高封隔器可靠性正变得越来越重要。威德福控砂技术总监Randy Simonds解释称,“通常,在内径规则、均匀的套管井内表现良好的封隔器,在粗糙、不均匀,甚至井径扩大后的裸眼井内无法正常工作。遇液膨胀封隔器正是用来解决这种问题的,但这种封隔器需要几天的时间才能完全膨胀。在当今注重降本的大环境下,作业公司需要快速解决层间隔离问题。”

为此,威德福开发了一种机械封隔器,该封隔器设计采用一种自给式密封杯隔离技术,具有强大的密封效果,密封元件可以立即有效地膨胀成不规则且各不相同的水平井眼、裸眼井眼形状,这些井通常存在页岩膨胀和其他问题,因而需要隔离。密封杯可以不规则地膨胀,但膨胀力是一定的或是受限的,不会对岩石施加过大的压力,更不会损坏井筒。

裸眼井隔离

裸眼井封隔器的弹性密封元件设计有独立的坐封机构,封隔器具有较强的膨胀能力,井筒最大内径可达9-1/4in以上。这种封隔器可以在无需干预的情况下,泵入射频识别设备、压力脉冲或定时器进行坐封,或者在各种环境(最大椭圆度达1.2)下进行液压坐封。除了层间隔离外,该系统还有另一种封隔器设计,采用这种设计的封隔器可以在单次入井时部署多层砾石充填层和压裂充填层。

封隔器技术新进展(二)

两个向外的杯形密封元件可以提供双向压力。密封杯单元之间可以下入岩石锚或卡瓦,吃入岩石将封隔器坐封到位。在密封杯下方,有一系列独立的由机械锁启动的支撑元件。支撑杆在不规则的裸眼井内膨胀并形成不同直径的密封。当密封杯与井眼接触时,一个离合器式的卡瓦将密封杯固定就位,同时限制施加到地层上的应力。

一旦支撑杆完全展开,封隔器就均匀地坐封在井壁四周。密封杯是张力坐封的,当温度变化使钢质零部件膨胀或收缩时,密封杯可保持形状不变。岩石锚可以吸收载荷,因此封隔器不会移动,这就保证了橡胶不会因为在岩石上来回刮擦而被破坏。密封杯式封隔器在全球范围内已经入井50多次,作业地区包括西非和亚太地区、墨西哥湾深水区以及中东地区的陆地裸眼井。

如今非常规油气领域的油井深度不断增加、水平段长度不断延长,一些区块的完井方式也从套管井桥塞射孔完井向裸眼完井转变,Packers Plus公司始终认为封隔器技术的可靠性至关重要。“几年前,单级压裂段长度通常在150~300ft。如今,压裂段之间的距离最小可为65ft。随着压裂级数的增加,我们也将下入更多的工具(包括封隔器)至更深的地层,因此可靠性是一个重要问题,工具必须100%可靠。在Bakken、Niobrara、Permian Basin区块以及加拿大的深部Duvernay区块,压裂级数通常在40~60级,而且这一数字还在增加。当前,为充分采出油藏内的油气资源,业内正在推动压裂级数向60~100级发展,并且要求作业几天内就能完成。

封隔器技术新进展(二)

两级压裂的间隔越来越短,破坏岩石的所需压裂压力也越来越高,因此业内对15,000 psi Titanium XV系列双密封元件机械封隔器(主要用于裸眼井)的需求不断在增加。Themig先生表示,“这些封隔器目前正成功应用于Duvernay区块,使用后该地区的产油量比Eagle Ford区块要高,压裂级数至少需要60级。”该双封隔器仅5ft长,配有2个较短的橡胶元件段,下入过程中摩阻扭矩较小。封隔器之间的加强型液压投球流通孔可以完成60~100级压裂,而且可以选择性进行特定层段的压裂。

封隔器技术新进展(二)

近日,Packers Plus公司开始对Quadrant系统进行现场测试,该系统使用一个CT下入的开关工具而不是投球来打开封隔器之间的单个或者多个通孔,不受排量限制,压裂级数无限制。

阅读“封隔器技术新进展(三)”请点击。

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白矾
石油圈认证作者
毕业于中国石油大学(华东),油气井工程硕士,长期聚焦国内外石油行业前沿技术装备信息,具有数十万字技术文献翻译经验。

评论 1

  1. #1

    真实,有效,赞。对威德福封隔器的解释有点晦涩难懂。

    匿名2年前 (2020-03-27)回复