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【本周专题:固井】推动深水固井发展新技术(一)

【本周专题:固井】推动深水固井发展新技术(一)

反挤固井、液体添加剂正解决着狭窄压力窗口和浅水流动问题;而新的扶正器,则正在努力让套管通过日益严苛的限制区域。

来自 | Kelli Ainsworth
编译 | 影子

随着运营商对深海资源的不断探索和开发,严苛的空隙压力和压裂梯度变得十分常见,固井挑战随之呈指数增长。运营商不仅要确保实现必要的区域隔离和足够的水泥覆盖率,还要处理日益变厚的套管和由此而带来的更为严苛的限制等问题。Antelope Oil Tool公司全球技术服务副总裁lain Levie表示,基于业界对安全性的需求,目前的套管越来越厚。“套管设计需要更大的破坏和坍塌阈值,所以作业人员正朝着厚壁套管方向发展。”

Weatherford施工产品线专家Tim Dunn补充道,与此同时,运营商正在努力最大化最终生产线。那么随之而来的就是,套管直径也在增加。他还说,为了将更大更厚的套管柱下入到井内,固井和运行套管作业就需要新的技术来完成。

为了应对这一挑战,服务公司正在开发紧公差滑入式扶正器和短接,这些扶正器可以完全压缩,并使套管通过严苛的限制区域—通常来说环空小于半英寸—同时仍然能够顺利进入下面的裸眼部分。

此外,基于对准确评估固井水泥胶结质量的需要,厚壁套管也正在推动着固井评估传感器的发展。研发重点还包括维持较低的等效循环密度(ECD),主要是为了避免作业压力超过孔隙压力和压裂梯度窗口。从深水反挤固井技术到轻质水泥添加剂的创新解决方案也都在开发之中,并将与今年晚些时候实现商业化。

Weatherford高级技术顾问Crystal Wreden说:“技术进步非常迅速,我们现在可以在最极端的环境中进行钻探作业,而且整个行业也在不断创新和开发新技术。随着钻井的进步,固井设备也将快速发展。”

深水井中常见的狭窄孔隙压力和压裂梯度窗口问题,通常需要用较低的井底ECD来解决,同时还要进行固井,避免漏失。Wreden说,“布置期间可以减小ECD,减小超出破裂梯度、破坏地层和漏失水泥的风险。”

传统的固井技术所需压力超过了循环液漏失和薄弱地层的压裂梯度,因此,Weatherford开始着手在深水中采用反挤固井技术。虽然该技术已经在陆地和浅水中有过应用,但CrossStream地下反挤固井系统将成为该种技术在深水中的首次应用。

该系统将流体泵送到工作管柱,并通过转换工具将流体转移到下部环空;返回的流体沿着衬管内径循环,转换工具再将其转移回到上不环空中,从而形成较低的井底ECD。

在常规的固井作业中,在水泥通过衬管内径被抽出并流入环空后,再施加压力将水泥提升到环空内的位置。“如果地层较薄,孔隙/压裂梯度较窄,那么注入水泥所需的压力通常就会超过破裂梯度,接下来将会破坏地层,然后造成水泥漏失。”

对于Weatherford反挤固井系统核心部分的转换工具,可使用射频识别(RFID)标签将其设置为常规流动路径或反向流动路径。Wreden说,“RFID的好处之一就是不需要干预作业。RFID标签用特定的工具进行编程,然后泵送到井下。”当标签到达其编程指定的工具时—此时就是指转换工具—它就将编程设置的命令传输到工具。“如果井下已经有一个布置在传统位置的工具来将套管放入井内,那么你就可以下入一个标签,告诉它切换到相反的位置,这样就可以沿着环空注入流体了。”

Weatherford目前正在美国的CrossStream上进行现场试验,在亚太地区、西非和巴西也可以进行额外的现场测试。该系统预计将在12~18个月内投放市场。

除了开发降低ECD的技术之外,Weatherford公司还关注着如何在套管运行中实现良好的扶正作业。Dunn表示,由于运营商选择使用越来越厚的套管来增加套管的坍塌等级,这就让扶正相关的变得更为复杂。他说,“井身设计的要求是进一步扩大套管外径,并留下非常小的间隙。”扶正器需要能够扁平地穿过这些狭窄的限制区域,这些区域有时甚至会窄到只有0.125in.,然后在裸眼部分打开,同时仍然具有足够的回弹力来提供所需的隔离。

2015年底,Weatherford推出了VariForm系列扶正器,以应对通过日益狭窄的限制区域来传输扶正器所带来的挑战。这些扶正器可以滑到管柱上,并且在通过先前已经下入的套管进入井眼的过程中,具有几乎可以变平的能力,然后再在裸眼部分扩张。波状外形的弓形轮廓减小了其穿过套管时的阻力。

VariForm系列还包括扶正器短节,具有一个异形凹进区域。当它通过限制区域是,它可以完全压缩到凹槽处,这就意味着,扶正器的外径不会超过套管外径。Wreden说,“任何套管能穿过的区域,扶正器也同样可以穿过。”

2015年,扶正器短节在墨西哥湾密西西比河峡谷的一个3000英尺高的水域中进行了作业。该井要求将一个11-7/8in.的套管在下入到12-3/4in.、60°偏差的裸眼段之前,穿过一个之前下入的12-1/4in.套管。扶正器上的弓形弹簧进入凹槽,因此VariForm扶正器能够穿过之前下入的套管内径。然后,弓形弹簧在裸眼井段展开,并在12,147英尺深度处对套管实现居中。

套管的一部分需要穿过之前下入的套管,适当的居中可以减小阻力。“当作业人员将套管下入到完钻井深出现问题时,往往会以阻力增加的方式凸显出来,从而被注意到,此时的管柱不是居中的。”

VariForm扶正器已被证明,可以有助于提供良好的平衡来减小阻力。2017年2月,作业人员在特立尼达海域下入了该扶正器,该井中,一个9-5/8in.外径的套管柱需要通过一个12-1/4in.的斜井。扶正器提供了80%的平衡,避免了划眼起下钻,为作业人员节省了76小时的钻机时间,约节省成本221万美元。

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