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360度全方位覆盖的射孔新技术

360度全方位覆盖的射孔新技术

割缝射孔新方法节约工期而且降低了弃井成本。

来自 | E&P
编译 | TOM

DynaEnergetics公司研发出一种新技术,能最大限度减少封堵弃井所需磨铣的管柱,同时还能获得更好的隔离效果。该技术利用一种新型射孔枪,在油管上产生割缝,还不会破坏外层管柱或井眼,而且能够进行挤水泥或挤胶质作业,最终形成符合政府规定的可靠的层位封隔。

妥善的弃井作业可以减少流体运移风险。若是发生流体运移,会污染淡水层,也会使易燃天然气渗至地表。因此,作业者需要通过在井筒内设置水泥塞,以实现安全的弃井作业,阻止流体的运移,以及密封住潜在的泄漏点。弃井作业需要移除套管,当不能切割打捞套管时则需要磨铣套管。铣削套管通常是具有挑战性的,并需要多次起下钻,这显著增加了注水泥弃井的成本。自20世纪30年代以来,业内一直利用碳化钨材料进行井下金属切割,现在使用车床式切削工具与井下马达来加速作业。然而,磨铣作业依旧非常耗时,并且返至地面的金属切屑会对环境与安全造成危害。

新型射孔枪能够在油管上形成螺旋状分布的水平矩形割缝,实现360度全方位连通油管或套管的外部区域。这些射孔孔眼可以设计为只射穿单层管柱,而不会破坏外层管柱,或是覆盖套管与地层间所有空隙、微环隙以及水泥。

这种割缝式射孔枪优于大孔径挤压式射孔枪,是因为当第一次射孔尝试失败后,该射孔枪的径向分布模式与射孔深度避免了二次甚至三次射孔的需求。与传统360度射孔方法相比,该单射孔枪系统仅需12小时就能为注水泥作业做好准备。而传统方法需要使用研磨工具分段磨铣与切割出割缝,该项作业通常需要数天或数星期之久。

分段磨铣与挤水泥封固的替代者

在许多注水泥弃井作业(P&A)中都是磨铣井下管柱,然后注水泥至井底来形成屏障,阻止流体运移。对于某些类型的管柱,分段磨铣是一项挑战。作业者必须要精心设计磨铣工具,以避免其在井内出现故障。当一段管柱被磨铣后,能否实现可靠地隔离,取决于以下几个影响注水泥作业的因素:当量循环密度、流体动力学、地温梯度、管柱腐蚀、压力与温度的变化。在某些井状中,胶质被证实其能够运用于环空流体中,以封固气源点并形成堵漏塞。胶质的低屈服值特性,使它能够流入微米级的泄漏点,而且不需酸洗。

当套管被切割后,观察到有气泡从环空中冒出,此时就需要利用胶质进行封堵。如果气泡流被认为是在固井水泥中进行传输的,胶质可能是一种理想的挤压流体来阻止环空泄漏。分段磨铣保证了可以完美的连通到套管的外部区域,但该方法十分昂贵且耗时。在中国的作业井中,若是在尝试分段磨铣前,射孔作业就已经形成了足够的连通空间,挤注作业被证实其作业效率更高。

割缝射孔提高效率

该割缝式射孔枪系统与传统标准大孔径射孔枪相比,能够切割出更多的通道,因为它的矩形割缝在射孔弹间交叠。而标准大孔径射孔弹很难横贯到所有的微环隙与管后通道。与传统的圆形射孔弹相比,该射孔枪利用矩形的射孔弹。缝状的射孔弹提供了比圆形射孔弹更大的水平覆盖套管的面积。在一个完整的圆周横截面上,交叠的缝状射孔弹相互重叠50%,从而实现了360度全方位的覆盖。

360度全方位覆盖的射孔新技术

图. 割缝式射孔枪设计能够在油管上形成螺旋状分布的水平矩形割缝,实现360度全方位连通油管或套管的外部区域。

该割缝式射孔枪采用槽形结构,因此能够造出矩形割缝,且没有明显凸出的毛刺。可以在套管或衬管内造缝,而不会损伤到外层套管或定向射孔弹,并且可以设计射孔枪穿透管柱进入地层。该射孔枪可以通过线缆、钢丝绳、连续油管或传统油管送入井底,并由压力激活式点火头来启动,若利用线缆下入时,可以使用地面的点火控制台来启动射孔枪。

从迄今为止的现场实验来看,射孔枪系统设计者认为,若是封隔作业较为困难的油井,可以利用该射孔枪,在不分段磨铣的情况下,将该枪作为首次尝试建立通道的候选者。

360度全方位覆盖的射孔新技术

图. 新割缝式射孔枪系统与传统标准大孔径射孔枪对比

案例分析

该割缝式射孔枪已成功运用于北海某口井的弃井作业。作业者想要安全的弃置现有井眼,然后重新使用这个槽口进行侧钻,来开发未波及到的油气。该作业的难点在于对水泥顶上部的17ppf,5.5in油管进行射孔,而且不能破坏外部9.625in套管。该井的井斜角为45度,因此作业者担心射孔枪会躺在管柱的低侧,当射孔枪发射时,会损坏管柱。

解决方案是在射孔枪的一段填装哑弹,并利用偏心加重条将哑弹定向置于井眼的低侧,且该处无套管。利用钢丝绳下入的触发装置来启动射孔枪,能够节约成本与空间。最终,钢丝绳下入的割缝式射孔弹成功造出大且交叠的孔眼,并且避免了井筒低侧的风险,从而避免了射孔作业对外部管柱的破坏。

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