logo
专注油气领域
与独立思考者同行

【本周专题:完井】定制化套管,优化非常规油藏开发

【本周专题:完井】定制化套管,优化非常规油藏开发

开发商通常会遵循已有的套管尺寸方案,使用标准规格的套管,但通常不能满足产量最大化的要求。为此,套管定制化方案应运而出。

来自 | E&P
编译 | 张德凯

海上作业钻机数量在2014年快速增加,开发商和供应商都迫切希望实现作业产品线的标准化,达到优化仓储和供应链的目的。随着页岩油藏开发的深入,开发商都倾向于选择类似的井筒套管和连接方案。然而,在实际应用中,开发商为了采用此类“标准设计方案”,不得不以损失井筒开发潜能为代价。

由于近年的油价下降,在下新订单前,油管经销商不得不优先考虑处理库存,导致常规油管库存迅速下降。但对Vallourec公司来讲,这却是一个新的契机。通过与开发商合作,不拘泥于常规API尺寸标准,Vallourec以一种新的方式实现高强度、高耐压和高生产性能套管的设计生产。通过使用定制化的套管,除了产量提高外,还可以减少作业时间、降低钢材成本,可谓一举多得。

实际上,套管尺寸并没有API标准要求的那么严格,由于当前生产水平具有极强的适应能力,定制化套管的尺寸可以做到随心所欲。通常来讲,设计无缝套管主要分为以下三个步骤:

1.将热钢坯刺入套管中;
2.滚动油管,直至获得目标壁厚;
3.修正油管,得到合适的外径(OD),步骤如图1所示。以目前的工艺水准,每一步都可以精准控制,获得任意直径、壁厚的套管。

【本周专题:完井】定制化套管,优化非常规油藏开发

图1.常规无缝套管生产共分为6步

在生产定制化套管的同时,还需要根据每个项目的具体情况设计开发方案。VAM的连接技术产品线产技术丰富,拥有多年的设计经验,可以轻松外推应用到新型套管尺寸定制。设计方案确定后,采用有限元分析法,根据国际标准化组织的13679标准/API推荐的实践5C5/用户需求来评估其在临界负载情况下的行为。在美国休斯敦,VAM拥有世界上最大的连接技术测试实验室,所有的连接设计和VAM资格认证都可以应用区域附近进行。

在生产商和买方都同意的情况下,API允许任何的OD/壁厚组合的使用,这样管件还可满足开发商惯用的API规则。总之,如果可通过优化井筒设计到达提高产量的目的,就没有必要建立一个限制设计的框架。

东德克萨斯

东德克萨斯地区的一家开发商要完成一口新井的钻完井作业,用户对于Vallourec的作业要求非常严格。在以往的作业中,开发商都会使用7in 32lb/ft(壁厚0.453in)规格的中间套管柱;在此次作业中,为了追求最高的管柱内压屈服力,同时保持与上述管柱相同的内径、与现有尾管挂和钻具配伍,该开发商愿意采用任何的新技术。

为了满足开发商对于管柱内径的要求,Vallourec发挥传统智慧,充分利用了位于Ohio州Youngstown高品质轧钢厂的作业灵活性。根据用户对于性能的要求,管柱的外径(OD)是最先确定的,摒弃了传统的根据应用等级、强度要求设计外径的方法。该项目主要有三项要求

1.套管内径与传统/库存管柱相同;
2.管柱材质满足井底温和酸性环境的应用要求;
3.内压屈服等级高于15000psi,支持压裂作业。

若要满足以上屈服应力要求,同时使用抗温和酸性环境的材料,那么管柱的内径就势必会受到限制。在以ID为起点的设计中,同时考虑屈服应力110,000~125,000 psi,根据API计算公式调整OD,直至达到15000psi的要求。

通过挑战常规套管技术发展趋势,开发商还希望优化井筒设计方案,降低作业成本。在该地区的常规设计中,一般都会使用7in 32-lb/ft套管柱从地面直接下放至造斜点,之后采用4-1/2in的生产管柱从地面下至井底。通过提高7in套管的屈服应力等级,就消除了下入4- 1/2in生产管柱的必要(井筒量深3926m),作业成本和完井时间都大幅减少。

在所有参数调整完毕后,VAM设计得到了外径扩为7-1/4in,壁厚0.578in的新型套管(41.50lb/ft)。该套管满足酸性环境应用要求,与常规7in 32lb/ft套管相比,内屈服压力由12460psi提升至15350psi,套管外部屈服压力由10780psi提升至16030psi,提升幅度分别达23%和49%。

由于套管性能的提高,开发商可以根据最优压裂压力重新设计井筒开发方案,还节约了大量的作业成本。新的套管内径允许使用之前设计中的所有设备(包括尾管挂、钻头、生产管柱等),同时,外径增加并不影响套管通过8-1/2in的裸眼井筒。由于采用了新型套管,完井所用的钢材总量和成本都大幅减少。在之前的设计中,即同时使用7in 32lb/ft和4-1/2in 15.10lb/ft套管,达到了47.10 lb/ ft的强度要求,而新型套管强度仅为41.50lb/ft,同时满足作业要求。由于套管强度减小了5.60 lb/ft,所需钢材量也降低了,每口井节约72,800lb的钢材用量。

为了保持多级压裂过程中套管柱连接的密封性,作业中还使用了VAM 21技术,VAM21是VAM公司的最新一代套管连接技术,采用了螺纹和耦合连接技术,密封性更好。

南德克萨斯

Eagle Ford页岩区的一位开发商找到Vallourec,想提高现有5-1/2in 23lb/ft生产套管的尺寸,提高产量。这为该地区的套管定制化打开了大门,该开发商提高套管尺寸的主要原因是想通过扩大内径,达到提高压裂液流速的目的,同时还要保持与常规5-1/2in套管相同的压裂压力等级。套管内径增加后,在避免了5-1/2in套管压力损失的同时,提高了压裂液注入速率。

目标井筒尺寸为8-3/4in,为了套管顺利应用,开发商要求套管外径要低于7in,为有效的泥固井留下足够的环空孔隙,此外,用户还要求不能大幅度增加钢材成本。

最初,开发商提议在垂直段使用尺寸为6-5/8in的加厚套管,在水平段使用常规5-1/2in套管。在实际作业中,6-5/8in套管有可能不能顺利通过狗腿度为10°~12°的斜井段,对于Vallourec来说,提供6-5/8in的加厚套管并不是问题,但还有更好的解决方案。

Vallourec提出的新方案中,套管外径为6in,壁厚由0.415in降至0.4in,尽量降低单位长度套管重量,使套管内径达到最大。这意味着定制化套管的内径由4.67in增加到5.20in,管内截面积增加百分比达24%(图2所示)。通过对尺寸微小的调整,新型套管既能顺利通过斜井段,同时还能为固井留出足够的环空间隙。

【本周专题:完井】定制化套管,优化非常规油藏开发

图2.生产套管内径增加,产量也随之提高

套管壁厚的降低并没有降低其负载等级,反之,内外径和壁厚比例的变化将抗拉伸、压缩和扭曲强度提高了近7%。在最终的设计中,开发商选择了新型6in 24.5lb/ft套管配合VAM TOP HT连接技术,作为全长6096m井筒的生产管柱。

在四口井的实际应用测试中,新型6in套管的下放作业非常顺利。由于惯性扭矩的增加,6in套管比5-1/2in套管更加坚硬,所以在套管下入过程中开发商无需担心套管串的偏离、偏心问题,套管下入后,固井作业压力也低于初始模型的预估压力。此外,开发商还增加了压裂段间距,减少了高成本射孔作业次数,在使用初始设计的压裂压力后,该井产量比预计值提高了20%。

在此次作业中,时间是非常重要的。从最初的讨论,到最后套管产品完全成型(螺纹成型)出厂仅用时90天。开发商还在多方面与VAM现场服务团队进行了协调沟通,包括工具运输、设备生产商&配件使用许可等,确保作业顺利进行。随后,该开发商选择继续与Vallourec合作,对套管间隙要求更高的Permian地区生产套管型号进行了优化。

Marcellus and Utica 页岩区

出于抗挤压能力的考虑,Marcellus和Utica页岩区使用的常规技术套管尺寸为9-5/8in,但一位开发商在使用常规高强度套管的情况下无法进行8-3/4in的通径作业。所以,开发商不得不在套管尺寸为9-5/8in的生产段使用8-1/2in通径器。然而在通径过程中开发商发现,8-1/2的钻头并不能满足垂直段的通径要求;另外,将其用于斜井段/水平段时,井壁受到的磨损较大,导致扩孔器的使用频率增加,并且也必须要应用于随后的井中,作业量大幅度增加。为了消除扩孔作业的必要,同时减少相关成本,开发商考虑采用套管定制方案。开发商还考虑过使用扩眼器进行作业,但由于限制因素过多,实际应用难度较大,不能作为一个备选方案。8-5/8in钻头也是备选方案之一,但与之相比,8-3/4in钻头的扩孔作业危险系数更小。随后,开发商向Vallourec求助,希望在能实现8-3/4in的通径作业基础上,使通径钻头尺寸最大,同时保持套管的抗挤压能力性能。

为了将内径尺寸提高1/8in,根据常规的方案,套管外径也要随之提高相同的尺寸。此外,为了保持新套管具有相同的抗屈服和挤压性能,套管的壁厚要保持不变。

该问题的最终答案是定制化套管,通过优化套管几何形状,在满足内径要求的同时保持套管的抗挤压性能。技术改进以9-5/8in 43.50lb/ft套管为基础,VAM提出了多种既能提高内径至8.750in又能保持抗挤压性能的方案,其中包括高屈服强度、低壁厚套管方案。最终,通过全面衡量,选定的新型套管外径设计是能满足开发商要求的最有效设计。

新型9-5/8in 50lb/ft套管(壁厚0.489in)将内径由8.625in扩展为8.750in,同时几乎保持套管的抗挤压能力不变(5770psi降至5760psi)。由于套管内径增加,开发商可以使用直径更大的钻头,消除了扩孔器的使用,保持了该井段套管的抗挤压性能。

您也有让人挠头的难题需要解决,或是优质技术想要找应用市场吗?如果有的话,欢迎联系小编微信或邮箱,也许能找到一剂良药。

二丫:131-3255-0596;zhanglingyu@fonchan.com
大安:131-3203-1392;lishian@fonchan.com

For English, Please click here (展开/收缩)

未经允许,不得转载本站任何文章:

评论 抢沙发