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井筒完整性需求推动层间隔离技术发展

井筒完整性需求推动层间隔离技术发展

对油气行业而言,越来越严苛的井下工况要求服务公司不断优化和改进固井隔离液、封隔器和弹性材料等,这促进了隔离屏障诊断技术的应用。

来自 | DC
编译 | 白小明 影子

油气井越钻越深,水平段越钻越长,钻遇地层温度越来越高,这些趋势正在增加井筒完整性风险,推动了层间隔离方法的演变,新的方法要保证作业公司的完井设备能够保障油井的整个生命周期。行业公司正在努力研发机械式、流体激活以及化学的解决方案,以应对这些越来越严峻的井下工况。与此同时,行业也在使用各种诊断工具检测问题,防止问题恶化,这种趋势在增长。

对于低压或大量天然裂缝发育可导致意外漏失的油气井,固井水泥覆盖范围存在挑战性。低质量的层间隔离往往需要采取补救措施,例如挤水泥,这就增加了作业公司的钻井时间和成本。BHGE全球固井支持经理Antonio Bottiglieri表示,“根据我们的估测,约有1/3的固井和钻井产品支出,实际都是与井漏有关的。”

2018年4月,BHGE推出了SealBond Ultra,用于解决固井过程中的极端漏失问题,包括天然裂缝地层中间隙对于传统堵漏材料(LCM)来说过大的地层。SealBond Ultra基于疏水改性的多糖,与传统的1mm相比,它能够封堵宽度达4mm的裂缝;当与可渗透的地层接触时,SealBond Ultra会浓缩成胶束并填充孔隙。

新水泥隔离液体系可以使用高密度水泥浆,比低密度水泥浆更具成本效益,并且提供了复杂固井方法的替代方案,例如轻质水泥浆或两级固井作业。该体系适用于任何遇到堵漏材料(LCM)问题,或存在固井和层间隔离挑战的井况。一家哥伦比亚的油气生产商成功地将该技术应用于一个存在固井前易漏失的高渗透砂层的油田。从固井评价测井曲线中可以看到,作业公司在所有高渗透地层实现了有效的层间隔离,没有发生安全事故。自此,该技术已在该油田所有生产尾管固井中实现应用。

一套整体性方法

哈里伯顿全球裸眼隔离、技术和产品牵头人Ben Wellhoefer表示,“对于井筒完井性,我们与钻井工程师、完井团队等一起确定问题地层,通过平衡各方工作,最终可以提供一套完整的隔离方案,识别环境挑战并遵守不断变化的法规,以确保有效的层间隔离、安全性和法规遵从性。

Wellhoefer称,哈里伯顿目前正在强化具有自修复弹性体的Swellpacker隔离系统(当在套管和裸眼井中遇到油或水时会膨胀),以在高矿化度海水和钻井泥浆体系中提供膨胀能力,避免更换膨胀流体来膨胀封隔器。

进一步的研究和创新主要集中在解决弹性体在更热、压力更大的环境中变得更柔韧的问题。K2高压端环有助于消除挤压,防止橡胶流动,并可使封隔器承受更高的压力。哈里伯顿还通过增加实时功能优化了SwellSim软件,并改善了其延迟系统—弹性体涂层,从而可以精确控制封隔器膨胀率。

在拉丁美洲海上开发钻井作业期间,一家作业公司下入了5-in带有可膨胀尾管的隔离系统,以在一个需要减小井眼尺寸的高度低压地层,增加储层接触面积并减少完井时间和风险。隔离系统成功下入井内370米,无摩阻和遇卡。作业公司节省了10天的完井时间,并节约资金成本约300万美元。

另外,哈里伯顿正在更新ZoneGuard的一个新锚定系统,以提供全套的层间隔离产品选择。该系列包括三种设计,包括ZoneGuard FP(压裂封隔器),这是一种适用于美国陆地市场的短型经济型封隔器。FP最近应用于MidContinent盆地,一口井同时下入40多个独立的封隔器。对于使用流入控制设备或筛管、海上应用以及作为固井底部封隔器的井筒层间隔离,通常使用ZoneGuard标准系列或ZoneGuard高膨胀封隔器。

球入位后停止用水

非常规区块机械隔离的可靠性和高效性是另一个创新焦点。为了缓解传统射孔-桥塞作业的局限性,GEODynamics推出了一种复合桥塞系统,旨在确保整个射孔-桥塞作业的层间隔离。

该公司完井工具副总裁Raymond Shaffer解释道,“该系统减少了时间和用水量,同时消除了与之前提高效率方法相关的风险。采用射孔-桥塞作业(球在球座上与射孔枪一起下入井内预定位置-坐封桥塞-引爆射孔枪-起出工具串-然后开始压裂作业)的多层层间隔离方法的最大挑战是射孔枪未引爆,则需要进行干预作业,利用连续油管传输射孔枪。”

公司采用FracTrap技术的EVOLV,无需在坐封桥塞后从地面泵送球。“将球送入就位的另一个关键好处是一旦坐封桥塞就能够测试该层,确保在压裂作业开始前桥塞可以承受压差。”

该系统于今年4月推出,使用更少的水来坐封球,每级都可节省大量的水,并缩短了泵送时间。Shaffer称,“对于一口40~60级的典型的二叠纪盆地井,每一级我们可节省大约15分钟时间,节约成本50,000~80,000美元,得益于不用泵送球节约用水等。”

如果射孔枪未引爆,坐封套件内的打捞工具可使操作人员反循环抓住球,从井内取出球并泵送另一根射孔枪以继续操作。该桥塞由模塑复合材料制成,额定压力高达10,000 psi,能够快速磨铣并产生小颗粒碎屑。针对各种井眼环境有多个版本可用。Shaffer指出,大多数作业公司都喜欢全复合材料,因为它很容易钻除,而其他作业公司更喜欢使用铸铁卡瓦的复合材料桥塞。

自二叠纪盆地和Eagle Ford进行了18个月的现场试验以来,该系统已经在美国下入了8000多个,包括在DJ盆地和落基山脉地区。Shaffer说,“我们已成功反循环并捕获了超过60个球,减少了对连续油管干预的需求。”

隔离屏障外部诊断技术

TGT油田服务公司首席营销官Ken Feather表示,“很多公司逐渐意识到使用诊断系统来检测影响井筒隔离屏障问题的价值。有些屏障看起来状况良好,但实际却不能密封。例如,水泥的机械性能可能很稳固并且可以覆盖整个环空,但不可见的微环隙或裂缝会形成不必要的流动通路,因此可能无法有效密封。”此外,水泥、管材和其他层间隔离组件都会随着时间的推移逐渐老化。

EmPulse多管成像技术的第四代产品,将电磁传感器与专有测量和建模技术相结合,可测量井筒系统中金属管的壁厚。在以高腐蚀性水层而闻名的中东,该系统定量记录了多达四道隔离屏障的每个管材的厚度。

基于声学的光谱水泥窜槽检测系统记录并分析井筒中的声谱,以检测在环空水泥内的其他工具无法检测的微裂缝或窜槽中的流动流体的存在,微裂缝或窜槽可能导致油井投产后沿环空出现泄漏。

Feather指出,“从生产的角度来看,这种能力非常重要,特别是在一口正在生产的井中,两个储层互相连通。在注水井中,该技术可以确认注入的水是否到达目标储层或转移到了其他地方。在问题升级之前,通常可以在地面看到完整性问题导致的持续的环空压力,因此作业公司将诊断技术视为一种防止层间隔离问题的主动性方法,特别是在中东地区。从历史上看,行业一直处于被动状况,但我们认为,定期和常规监测隔离屏障的管材完整性和密封完整性具有明显的优势。”

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