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【本周专题:固井】推动深水固井发展新技术(三)

【本周专题:固井】推动深水固井发展新技术(三)

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

在海上油井的表面层段,超压浅层沉积物的浅水流动在套管和固井作业中称得上是一个挑战。在深水中,超压带与泥线接近,所以相对于水深和深水钻井技术来说,这一问题带来的挑战可能会加剧。Halliburton公司固井业务经理Simon Turton说,“当我们在整个层段进行固井时,我们必须设计出一种能够保持浅水流动的浆体,而不是让它发生渗透。”

为了对抗浅水流动,Halliburton开发了一种叶天水泥添加剂—Deep FX-L,它能使水泥在平均11分钟内达到临界凝胶强度,并阻止浅水流动。另外,它可以通过调节硅酸钙水合物来建立凝胶强度。Halliburton相关人员表示,如果没有这种添加剂,这个过程将需要耗费几个小时。标准凝胶强度被定义为500磅/平方英尺。

Turton说,“当水泥浆达到这个数量时,认为它是气、油、水或其他可能流动的物质都难以穿透的。”该添加剂没有现有泥浆的限制,在重质水泥和轻质水泥中均可应用。

Deep FX-L添加剂已经在墨西哥深水湾进行了现场试验,目前正在实现商业化。

该公司还在为进一步可能发生的挑战去开发添加剂。“我们常常发现,钻得越深,我们可能就需要使用越轻的水泥。”密度小于15.8pg的轻质水泥石通常用来获得较低的ECD,以保持作业过程中的压力在孔隙压力和压裂梯度范围内。

有几种方法可以配制轻质水泥。首先是向水泥中添加更多的水,但是这可能会损害水泥的最终性能;添加气相(例如氮气)可以制造轻质泡沫水泥,但钻台上通常没有足够的空间来容纳气体相关设备,包括罐和氮气转换设备;配制轻质水泥最后一种方法就是使用轻质颗粒添加剂。

Halliburton准备在今年晚些时候推出一种新型轻质颗粒添加剂Liquilite。它由悬浮于液相中的中控玻璃球组成,并在水泥下入到井下的过程中添加到水泥中。现有的轻质水泥通常是在混合和泵入井下之前,使用掺入了干燥水泥的空心玻璃球。这种工艺使得玻璃球在混合水泥和转移干水泥使很容易被压缩,尤其是在这两个过程都需要施加压力的情况下,更易破碎。服务公司则必须用更多的玻璃球来补偿破碎的部分。使用Liquilite添加剂,可以避免这种现象,降低添加剂的成本。

Liquilite和Deep FX-L添加剂都是在水泥被泵入井下的过程中添加进去的,不存在与水泥的预混合。如果有必要,作业人员可以增加或减少添加剂的使用量。“如果他们不需要它,那么就避免了浪费或其他处理成本。这样做还可以保证留下的水泥都是干净的,用于下一次作业。”

Halliburton公司的Advantage-1深水固井装置于2015年设计并建造,可将液体添加剂混入到水泥中,然后泵入环空。除了25桶三组分混合系统,该装置还配备了一个6泵液体添加剂系统,并配有自动计量和抽油装置。基于PLC的系统可以在钻机上的任何位置实现运行。

为确保系统的可靠性,Halliburton将健康诊断内置到执行预测性维护的单元中,提醒机组在发生任何潜在故障之前发出警报。该诊断软件可以监控300多个与系统关键组件相关的参数,并提供所有维护需求的警报。

在评估固井质量时,水泥密度和套管厚度对于传统的声学水泥评估工具来说是一个巨大的挑战。这些工具往往要么不能正确检测到轻质或泡沫水泥的存在,要么就认为这些水泥与地层或套管胶结不良。

Baker Hughes的Integrity eXplorer固井评估服务产品负责人Rajdeep Das表示,“测量轻质水泥浆已经成为业界的一个长期挑战。”另一方面,这些技术还可能会收到重质流体的干扰,进而干扰固井评价。作业人员依靠准确的固井评估数据来确定水泥是否与套管和地层胶结良好,并提供所需的层间隔离。Das表示,“对于运营商来说,了解是否有层间隔离,对进一步的钻探作业是非常重要的。”

2015年中旬,公司推出了采用电磁-声波换能器传感器技术的Integrity eXplorer固井评估服务。这些传感器可以沿套管本身产生和传播剪切波和兰姆波,从而提供对套管的水泥胶结声学测量。Das说,“这是目前唯一能产生水平剪切波的换能器。”

在使用传统固井评估服务对轻质水泥进行评估时,运营商通常会遇到一个问题:这种水泥经常在深水中使用。轻质或污染的水泥具有较低的声阻抗,传统固井评估服务往往会误解成只有部分或者根本不存在胶结。

另外,换能器还产生兰姆波,这些兰姆波能检测到微小环空的存在,即水泥和套管之间微小的微米级间隙。大多数固井评估服务都会定期将微小环空归类为脱胶。Das说,“正确地把它作为微小环空来检测是非常重要的,这样作业人员就可以确定是否有必要进行修复。”传统的固井评估服务不能正确识别处微小环空,那么作业人员就不得不对套管进行加压,并且进行额外的作业,来进一步检测微小环空。但是Integrity eXplorer的换能器产生的是兰姆波,因此可以在进行固井评估的同时检测处微小环空。

电磁声学传感器技术还可以在厚套管存在的条件下进行高质量的固井评估。Das说,“由于井下压力高,深水作为主要市场之一,往往会使用大量的厚壁套管。在深水固井评估方面,我认为,通过厚壁套管评估固井质量是目前存在的最大挑战之一。”较厚的套管,往往会被误解为存在大量的水泥。“套管越厚,获得环形材料的精确测量就越关键。我们相信这项技术已经克服了这一障碍,并且能够提供足够的测量准确性。”

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