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复合材料推进压裂桥塞技术发展

复合材料推进压裂桥塞技术发展

Rubicon推出的RzrFRAC桥塞产生的磨铣碎屑更少,可提高压裂作业效率!

编译 | 惊蛰

在复合压裂桥塞的应用中,开发商逐渐认识到其在实际作业中面临的挑战。复合桥塞的应用主要分为三步:下入井筒、坐封和磨铣。相比于早期的压裂技术,当前压裂作业普遍采用桥塞封堵-射孔的方式,为此,Rubicon推出了RzrFRAC复合桥塞。RzrFRAC采用100%复合材料,在300°F条件下可提供10000 psi的锚固密封。此外,该桥塞原料用量比行业同类工具低70%,磨铣碎屑更少。

压裂作业中,如果工具下入过程发生问题,那么后续作业将受到巨大影响,无法在预定时间内完成目标数量井筒的增产作业。所以,对于开发商来说,一款在复杂环境下能够顺利应用的桥塞是非常重要的。在作业过程中,压裂桥塞随射孔枪一起,通过作业电缆下入指定位置。

在此操作期间,作业人员和开发商都期望桥塞和底部钻具组合(BHA)能够顺利的达到设计作业点。BHA外壁与套管间距仅为0.125in,而且井筒内还存在碎屑、砂子等杂质,会影响工具通过。为了使作业顺利进行,复合桥塞在这种环境下必须保持可靠的下入性能。

传统的桥塞工具都是通过橡胶的膨胀建立密封,而RzrFRAC则采用了一种非橡胶材料。在特定的条件下,这种非橡胶材料膨胀为锥形,建立密封,但在下入过程中该元件不会受井液影响而膨胀,大幅降低了卡钻等问题发生的几率。

大多数复合桥塞和封隔器类的工具都具有卡瓦设计,作业过程中卡瓦与套管接触锚定,实现密封。卡瓦一般有两种类型,一是整体结构的铸铁环,二是通过复合带固定在一起的金属元件。压裂桥塞卡瓦的剪切坐封机制受到公差、疲劳和压力冲击等的影响,存在性能不稳定的情况。

在一些作业中,卡瓦受井液影响在下入过程中会提前坐封,造成作业间断。与传统技术不同,RzrFRAC的卡瓦片彼此独立,分别位于工具的顶部和底部,防止下入过程中发生膨胀坐封等问题,保证桥塞不受剪切机制带来的风险。

工具下入过程中的钻井碎屑、砂子等会对压裂工具造成负面影响。RzrFRAC是一种底部坐封型封隔器,其密封芯轴与BHA工具相连,通过其内径与底部连接。如果在下入过程中桥塞受力情况发生变化,这些作用力会转移至坐封元件,降低BHA的下入故障几率。

另外,工具下入过程中水的应用也非常重要,得益于RzrFRAC的合理外形、尺寸设计,每个桥塞的应用可为开发商节约40bbl水。总之,RzrFRAC能够显著降低工具泵入风险,提高作业效率。

众所周知,压裂桥塞的泵入、坐封性能是评价其应用的重要指标,但同时,我们也不能忽略桥塞在磨铣中的表现。磨铣时间是当前评价桥塞性能的主要指标之一,也是最为直观的可比较参数。RzrFRAC的设计制造过程中结合了新型设计和材料方案,平均磨铣时间为3-5min,处于行业领先水平。

RzrFRAC材料使用量仅为同类工具的30%。对于60级压裂完井作业,就可以节约复合材料1000lb,这意味着井筒中的磨铣碎屑大幅减少。RzrFRAC还拥有较大的内径(ID),可以进行由内向外的磨铣操作,提高钻头与桥塞接触面积,提高效率。同时,设计人员不仅减少了桥塞原料用量,还降低了固定锚的硬质材料使用率。RzrFRAC采用24个小型的陶瓷锚片,在磨铣中变为细小碎屑,不会影响BHA的性能。

压裂密封球与桥塞完美接触,顶部、底部卡瓦的锁紧机制能够最大程度上磨铣的进行。而在同类产品中,密封球通常在上下卡瓦之间活动,起到轴承的作用,磨铣的强度和次数都要提高,不利于作业的进行。RzrFRAC消除了这种问题,磨铣强度降低,作业时间减少。

在使用RzrFRAC的作业中,不仅单个桥塞的磨铣时间更短、效率更高,整个井筒的作业也响应得到优化,洗井时间更短,起下钻次数减少,作业效率提高。由于RzrFRAC磨铣产生的碎屑更少,移除时间更短。另外,由于复合材料对于钻头的磨蚀和冲击更弱,BHA和钻头等工具的完整性更有保障。

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