logo
专注油气领域
与独立思考者同行

传统压裂技术转型升级 进入纳米时代

传统压裂技术转型升级 进入纳米时代

几年前,人们普遍认为纳米技术需要过很多年才能真正用于油田实践;但在今天,大量的纳米技术产品已经在油气勘探和开发领域发挥着关键作用。贝克休斯走在油田纳米技术应用的最前沿,本文将介绍几种对油气勘探开发产生重大影响的纳米技术新产品。

几年前,人们对纳米技术能够应用到油气行业认为是不可思议的,大多存在这样的共识:纳米技术还需要过很多年才能真正用于油田实践。

如今,在油气勘探开发领域已经有大量的纳米技术创新性产品投入了应用,并起到了至关重要的作用。

纳米技术应用的基本原理究竟是什么?

纳米技术包括纳米级的科学、工程和技术领域,涵盖了纳米成像、测量、模拟以及纳米级物质操控。基于纳米级尺度,纳米材料常常表现出独特性和不可预测性。

贝克休斯是为全球油气行业提供油田服务、产品和技术的领军企业之一。此外,它还走在油田纳米技术导向产品应用的前沿。文中列举了几种新型纳米技术产品,重点放在贝克休斯商业化应用产品以及其对油田现场运行的影响。石油圈原创www.oilsns.com

分段水力压裂

纳米技术产品所实现的功能是其他产品无法企及的,贝克休斯IN-Tallic™可降解压裂球就是该技术的一个代表。

贝克休斯的IN-Tallic™可降解压裂球是由纳米级可控电解金属材料组成,该材料其比铝轻、比低碳钢强度大,但在特定流体条件下会降解。降解过程通过电化学反应来完成,其主要受复合颗粒结构的纳米级包覆层所控制。上述纳米结构材料具有常规材料所不具备的高强度和独特化学特性。

IN-Tallic™球在压裂过程中能够保持其原有形状和强度,随后在井投产前或投产后短时间内降解。浸泡在盐水中的压裂球会随着时间的推移而逐渐降解,也就是说降解过程通常发生在压裂液和井筒流体存在的情况下,无需人为添加其他特殊流体。

传统压裂技术转型升级 进入纳米时代

贝克休斯FracPoint™分段压裂系统采用了IN-Tallic™压裂球,这种带活化压裂球的压裂管柱能够快速连续地进行水力压裂。上述系统安装好后,使用裸眼封隔器或水泥环对储层段进行分段。之后压裂管柱开始作业,将各种尺寸的压裂球借助泵注的压裂液从地表投到目的层段,从而实现连续压裂过程。压裂完成后,油气井可以立即投产, IN-Tallic™压裂球在井内降解,以确保油气流动通道畅通且无油管阻力。整个压裂过程避免了起下钻操作,减少泵注时间的同时,实现了油藏泄油面积的最大化。

贝克休斯的SHADOW™系列压裂桥塞是一种永久性桥塞,生产过程中被设计留在了井底,完全省去了分段射孔完井时钻穿桥塞的阶段。该桥塞的特点在于具有较大的流动内径,并且使用了IN-Tallic™可降解压裂球,因此油气可就地流过桥塞,节省时间、降低成本的同时,消除了挠性油管(CT)阻力带来的风险。

2013年,分段压裂系统的压裂球采用了斯伦贝谢的ELEMENTAL可降解专利技术。这种铝质金属材料可以在数小时至数天内完全降解,降解时间取决于压裂球的尺寸、温度和其他井下条件,这消除了压裂球被卡住需要清除的风险。

传统压裂技术转型升级 进入纳米时代

贝克休斯也在大力发展其与“水力压裂”相关的服务技术。粘弹性表面活性剂(VES)溶液被广泛用作增产液,包括砾石充填液、压裂充填液以及压裂液。但它们在高温条件下容易导致粘度降低且在裂缝中漏失量很大,上述缺点限制了其在水力压裂和压裂充填措施中的应用。试验结果表明:加了纳米颗粒材料的粘弹性表面活性剂(VES)溶液可以在高温下保持较高粘度且可控制其增产液的漏失量。

此外,贝克休斯还研发出了采用高表面张力的特殊固体材料制成的纳米级微粒固结剂,以捕集或固结地层中的微粒。上述纳米级材料被添加到水力压裂支撑剂充填层或砾石充填层,以在上述充填层中起稳定地层微粒的作用。这种纳米微粒材料,由于其很大的表面积,可以制成“纳米海绵”,通过在支撑剂颗粒或砾石颗粒接触点捕集或滞留地层微粒来发挥稳定地层微粒的作用。上述举措可以阻止地层微粒运移或穿过支撑剂充填层或砾石充填层,避免污染近井地带或堵塞防砂筛管。

提高采收率

传统压裂技术转型升级 进入纳米时代

纳米颗粒材料溶解到溶液中,可以用作提高采收率的手段。实验室已成功研发出纳米流体,当前面临的技术难题是如何开发出低成本、工业化生产的纳米流体。

知识产权委员会主任Arne Skauge 说:“中国率先在该领域的研究中使用了纳米微粒”。研究表明:纳米微粒效果良好,但他们的研究工作中仍有许多问题至今仍未解决。现在他们开始尝试对颗粒的大小、尺寸和结构进行分类。

此外,借助纳米材料在光学、磁性和电学特性,研发了高效的工具用于地下传感器和地层成像造影剂。与智能压裂液相结合的纳米材料可作为高灵敏度传感器用于井下压力、温度等恶劣环境中。

2006年,Saudi Aramco石油公司EXPEC ARC引入了油藏机器人的理念,并在业界进行了首次尝试,主要用于原始油藏监测的潜在测试。

2008年,EXPEC ARC对纳米机器人成功进入地层所需的几个重要条件进行研究,包括尺寸、浓度、化学性质、与岩石表面的相互作用、孔隙尺度的运移和在油藏中的运移速度。

2010年,将混有5千克A-Dots (纳米机器人)的255桶海水注入到加瓦尔油田的一口观测井中。当A-Dots (纳米机器人)在地层中运移距离达到20英尺时,停止注入,然后关井。三天后,该井开始产液并每隔两天取样监测。实验分析表明:可返排90%的A-Dots (纳米机器人)。

当前是远程测试阶段。将A-Dots (纳米机器人)从注水井注入到地层中以观察其能否大量流入周围生产井。如果A-Dots (纳米机器人)的效果如预想的那样好,这将是纳米机器人未来几代研发的重要跨越。

总之,纳米技术为解决油气行业中的重大挑战提供了无限可能。如今,许多国际大公司都力将纳米技术理念充分应用到油藏勘探、钻井、完井、开发、储运和炼化等不同石油学科中,以应对全球日益增长的油气需求。

当前关于纳米材料的研究成果层出不穷,然而相对来说能够应用的成果却比较少。但是,这不会成为人们认为纳米技术没有潜力的理由。石油圈原创www.oilsns.com

尽管油气能源价格低迷,这促使投资商和分析师们重新审视油气生产过程中的每一个环节的盈亏价格,以确定该领域的新兴技术在实用层面和经济层面上是否具有进一步研发的必要,但“纳米”技术为油气的勘探开发带来了令人振奋的新机遇和新挑战是确定无疑的。

英文原文请点击 (展开/收缩)

未经允许,不得转载本站任何文章:

评论 抢沙发