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水力压裂最新进展,你还有补充吗?

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2020年SPE水力压裂会议,为你展示全球水力压裂最新进展。

编辑 | 大安

水力压裂是一项有广泛应用前景的油气井增产措施,水力压裂法是目前开采天然气的主要形式,要求用大量掺入化学物质的水灌入页岩层进行液压碎裂以释放天然气。每年,水力压裂领域的创新者都会找到新方法来推动该行业的发展,在降低成本的同时提高作业效率。今年, SPE水力压裂技术展会于2月4日至6日在休斯敦举行。届时,水力压裂专家齐聚一堂,分享知识并讨论该行业的挑战,许多公司也展示了其最新、最令人印象深刻的技术。以下是在会议上展示的最新技术与产品样本。

1、微支撑剂提高产量

CARBO公司的NANOMITE微支撑剂拥有陶瓷与砂砾两种类型,分别叫NANOMITE C与NANOMITE S。它的体积很小,仅是常用最小支撑剂尺寸的一小半。在压裂作业中,作业者会遭遇支撑剂充填困难、作业压力升高、过早出砂等问题,而这种经济效益高的产品可解决他们的燃眉之急。常用支撑剂体积太大,无法在复杂的裂缝网络中形成微裂缝,其输送特性也限制了支撑剂进入地层的距离。而NANOMITE C的最小颗粒比100目压裂砂中的最小颗粒小五倍以上。在复杂的裂缝网络中,即使遇到最窄的次生裂缝与微裂缝,该颗粒也能将之撑开。NANOMITE可确保微裂缝撑开,有助于提高产量,增加油藏的有效压裂体积,降低作业压力,并可确保作业者生产井的长期产能。

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图2 小尺寸NANOMITE C微支撑剂能够进入开度小的裂缝。(来源:Carbo Ceramics公司)

2、公司重视支撑剂数据,推出带树脂涂层的压裂砂

Covia公司可为所有主要区块的任何井场环境,提供油气井完井技术方案。在SPE水力压裂技术会议上,该公司展示了一种支撑剂选择的定制方案,带树脂涂层压裂砂的增产效果,以及一套全井筒、全方位的服务供应链。测试与现场数据表明,在高应力区块的完井作业中,与成本更低的Tier 2压裂砂相比,Tier 1压裂砂的物理与化学性能更强,可提供更高的产量。Covia公司即将推出Backstop,即二叠纪专用的支撑剂返排砂。Backstop是一种专为特定区块定制、带树脂涂层的压裂砂,它可以确保支撑剂留在井内。

3、新型压裂泵的功率更高,占地面积更小,降低了成本

Cudd公司新型Q-3000压裂泵可提供最高的泵效、耐久性以及更低的作业成本,与传统的低马力泵相比,仅需更小的占地面积。这种功能强大的设备是业内首个符合Tier 4排放标准、柴油驱动、井底压力可至3000水马力的压裂设备。它们在高达14000psi的压力下(4.5英寸柱塞可提供更高压力),可提供超过2800水马力的功率。燃油容量达到550加仑,因此可延长泵送作业,提高燃油效率与功率密度。Q-3000泵拥有一个废气再循环系统,可在不影响性能的情况下减少排放,并且无需柴油尾气处理液或柴油微粒过滤器。更小的占地面积与更高的功率,意味着更少的非生产时间和更高的安全性,所有这些都有助于降低作业成本。

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图3 Q-3000压裂泵的燃料容量为550加仑,可提供超过2800的液压马力。(来源:Cudd能源服务公司)

4、新型阀门解决了转向剂的作业难题

众所周知,利用压裂泵设备来泵入大量转向剂是一项挑战。DiverterPlus公司与国民油井华高(NOV)协同努力,以最大程度地减少或避免转向剂颗粒嵌入阀芯造成的更快磨损与潜在损坏。DiverterPlus公司利用Div +系列转向剂颗粒的新型制造技术,来控制这种聚合物的机械性能与几何形状,从而无需在更激进的转向作业中使用额外设备。结合NOV公司的Blue Thunder阀门以及合作开发期间获得的数据,插入该阀门的聚合物拥有很高的耐磨性,并且不会出现转向剂大颗粒造成的嵌入问题。这种组合系统消除了停工风险,避免了高昂的潜在维护成本,从而能够最大效率地进行压力泵送作业。

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图4 DiverterPlus与NOV合作开发出一种解决方案,可最大限度地减少泵入大量转向剂时造成的磨损与损伤。(来源:DiverterPlus)

5、膨胀管可改善压裂作业

Enventure全球技术公司是一家为能源行业提供膨胀管技术的供应商。膨胀管技术适用于无限制层位或井段的多级压裂作业,可提供大通径,以容纳更大的射孔枪,并增大过流面积,从而获得更大的压裂体积与泵速。ReFrac膨胀管是一种利用固体膨胀技术与弹性体技术的多级完井工具,它能够改善压裂作业效果。此外,无论是连续油管送入的常规装弹射孔,还是泵送复合桥塞进行封隔作业,ReFrac系列产品可用于任何类型的射孔、下桥塞、压裂作业。这些产品有助于创建多个新的射孔段、压裂段,以支持重复压裂方案。最新发布的用于重复压裂的下一代膨胀管,为作业者在选择机械式分层隔离技术时,提供了更多的选择。

6、储罐监测与资产跟踪的重要性

在储罐与运输罐中采用计量工具,可对化学品与设备的效率与寿命产生积极影响。在监测化学品从工厂运输给客户的过程中,液体监控与资产跟踪技术发挥着举足轻重的作用,有助于确保及时交付,并实时监测化学品的数量。选择资产监控方案时,需要考虑数个要点。其中包括:寻找一系列可满足需求与预算,且兼具可行性与可扩展性的解决方案。很重要的一点是,该解决方案必须针对直接需求进行定制。有形的价值和利益,应与公司的经营目标相一致。另外,为解决偏远地区的传输难题,需要能够选配诸如卫星和蜂窝网络之类的技术。

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图5 Permian区块的储罐配备了液位监测与资产跟踪装置(来源:Hoover Ferguson)

7、平台利用数据帮助作业者提高产量

MicroSeismic公司的FracRx是集成了多种物理参数、可进行数据分析的综合平台,它可根据收益率,向作业者准确展示何时开始或停止压裂作业。FracRx利用MicroSeismic公司的先进技术,根据支撑和未支撑的离散裂缝网络(来源于监测数据),构建出完整的油藏增产模型,从而优选钻探具有经济效益的油井。基于作业者的成本与价格限制,建立经济模型。然后,利用FracRx进行储层模拟,可估算出基于时间轴的产出液体积与供油体积,然后创建财务模型,以预估最具经济性(最大净现值)的完井作业参数。该平台提供了完整的油藏描述与压裂后的储层图,包括供油体积,还可在压裂期间,为工程师提供每个泵送阶段的作业方案,以提高产量,增加资产价值。

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图6 利用先进的微地震数据分析与油藏建模工具,建立了理想的井网模型,增产65%以上。原始井的完井作业没有借助实时干预,而新井则利用实时监测与动态优化泵送参数。两者相比,高下立判。(来源:MicroSeismic公司)

8、低温下水解得更快的转向剂

纵观历史,可降解聚乳酸(PLA)转向剂通常仅用于温度超过150华氏度的井。虽然聚乳酸产品也可在150华氏度以下实现转向功能,但在这些温度较低的井中,它们的水解速度较慢。在低温下能够水解更快的商业替代品往往会带来处理问题,有时需要冷藏。NatureWorks公司与A. Schulman合作开发的Ingeo DH1000,在120至150华氏度的井温下,水解速度可提高4倍,同时还保持了聚乳酸的固有机械性能。此外,用桶或袋子即可将DH1000运送到井场,无需特殊处理。这种转向剂可用于不同粒径的配方,既可用于近井眼,也可用于远场。在远场应用中,该转向剂可最大限度地降低发生压裂干扰的概率。DH1000将于2019年投入商业使用,目前已经在Permian盆地的75口井中进行了测试,并在其他国家也进行了几次测试。

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图7 用Ingeo DH1000制成的快速降解转向剂,保留了PLA的机械性能,适用于温度低至120华氏度的低温井。(来源:NatureWorks)

9、支撑剂输送系统降低了运输成本

Proppant快递投资有限责任公司是一家私人控股公司,总部位于丹佛。该公司的PropX是最后一英里集装箱式系统,用于将压裂支撑剂从矿山或转运站输送到井场。该系统的设计初衷是降低最后一英里的运输成本,减少卡车运输,避免滞期费,提供比现有方法更为灵活的最大装载量,产生更少的粉尘与噪音,以及满足全球某些泵送量最大的压裂作业的需求(在某些情况下,每个泵组的泵入量大于9MMlb/d)。仅需不到10分钟,即可卸下与装载砂箱,相比之下,气动输送相同质量的支撑剂则需要45分钟,大大减少了卡车装卸问题,以及卡车司机在等待卸货时收取的滞期费。PropX产品中集成了智能手机与台式机应用程序,可快速、轻松地订购压裂砂,还可跟踪从转运站至井场的传动负载,获得井场的压裂砂库存以及每个压裂段的报告摘要。

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图8  PropX最后一英里集装箱式系统的设计初衷是减少卡车运输与滞期费(来源:PropX)

10、设计用于水力压裂的二氧化硅粉尘工程系统

Sierra粉尘控制有限责任公司推出一个真空系统,可有效用于所有天气类型与设备配置(包括箱式、筒仓式砂砾输送系统)。在不妨碍完井作业或人员的情况下,可实现作业目的。美国职业安全与健康管理局要求暴露环境中粉尘浓度持续低于25微克/立方米。根据2021年6月23日开始执行的一项新规定,水力压裂场地必须实施工程控制,将游离二氧化硅粉尘浓度必须控制在允许的暴露极限之下。来源:Sierradustcontrol官网。

11、新技术利用电缆可实时测量压裂效果

为了优化增产措施与完井设计,以解决关注度渐长的井间连通问题,作业者需要利用数据来深入了解储层。实时评估增产效果,定量测量裂缝长度,是开发页岩油藏的首要任务。据Silixa公司称,它已经与Carina XwellXpress公司合作发布了首个采用光纤电缆部署的水力压裂监测服务。这项服务可以实时监测多孔弹性介质的累积应变,识别压裂干扰,同时还可准确定位微地震事件,收集高质量的地震数据。这使作业者能够优化井距并即时更改压裂设计,以提高产量并降低整体完井作业成本。采用常规的电缆泵送或爬行器技术,即可轻松地部署该系统。在压裂作业期间,可下入多根或多次下入电缆。从而,作业者随着压裂作业的推进,可精确的知晓地下裂缝网络的扩展情况。来源:Silixa官网。

12、新一代泵组配备了车身更短的泵车

USWS公司将在2020年第一季度发布新一代泵组。最新设计将泵车的总长度从48英尺减少到36.9英尺,缩短了23%。新研发的Power Cube系统可将变压器与电机控制装置安装在一起,从而实现车身的缩短。USWS采购了新组件以提高设备的效率与使用寿命,并升级了电源端。新电源端的结构更坚固,可承受业内各种苛刻的作业环境。新型Clean泵组还升级了盘根润滑系统,该系统利用多个传感器来更有效地进行润滑。升级后,该系统将提高盘根寿命,减少浪费,提高作业效率。此外,这种新型泵组将采用机油润滑的设计,这将减少油脂润滑系统带来的清理工作。

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