可固井的滴球式套管能使石油公司降低作業成本和施工風險，還有助于獲得壓裂液最佳泵送速度，以提高大位移水平井的生產潛能。
 
    新冠病毒大流行期間，油價從 2020 年第四季度開始復蘇，2022 年，西德克薩斯輕質油自 2014 年以來首次突破 100 美元/桶的大關。但自 2022 年 11 月以來，油價徘徊在 80 美元/桶左右，大宗商品價格的波動、人們持續關注的降低人工舉升采油成本的必要性，這些都提醒了石油生產商們。
 
對于完井設計來說，這意味著可以降低壓裂作業成本，同時還能對一口水平井的整個水平段提供有效的增產處理，以最大限度地提高生產潛能。所有油井設計的共同趨勢是：盡量延伸水平段的長度；增加壓裂級數；更緊湊的壓裂級間距。
 
    加拿大市場正在采用幾種完井方法，隨著地質構造的變化，最佳的增產技術也在發生變化。壓裂速率的范圍為每分鐘 1-14 m³，每米壓裂的沙液濃度和噸位也不相同。
 
可固井的滴球式套管完井方法
    我們看到生產商們越來越多地采用可固井的滴球式套管完井系統作為一種混合完井方法用于足尖井段，或者將其用于整個油層井段，見圖1，Diffusor（擴散器）和QuickPORT（快速端口）水泥滴球技術方法。通過擺脫堵塞射孔或連續油管作為油層套管的完井方法，生產商們可以更快地完成壓裂作業，提高壓裂速度，減少所需的后壓裂作業，從而降低成本，提高生產潛能。Packers Plus公司有兩種可固井的滴球式套管可供選擇，見圖2，具有可配裝尾管和多種管座尺寸、可固井的滴球式套管的功能參數。
 
· Diffusor套管：單點進入壓裂處理（一次處理一個入口）
· QuickPORT IV套管：有限的入口壓裂處理（一次處理多個入口）。
    此外，構成大位移水平井完井戰略的其他關鍵技術包括：
 
· Packers Plus內加裝抗侵蝕涂層：確保在高速率和大噸位壓裂促產期間完井設備的完好性
· SF903 可溶解球體：無需在壓裂后將其銑除
· Toe-AP 液壓套管：在特定的絕對壓力下打開，節省時間和成本，可提供第一級壓裂的有效處理，提供可測試的足尖處理選項
· 氣動浮選短節：可提供套管和鉆桿選項
· ePLUS Retina監測系統：驗證所有的變化事件。
  
圖1
 
圖2
 
完井趨勢
    下面將探討一下新的完井趨勢，并重點介紹一項可固井的滴球式完井技術是如何幫助石油公司有效提高其增產計劃的，以及最大限度地開發每口井生產潛能的。
 
    大位移水平段。在過去的10年中，北美非傳統油田水平井的數量顯著增加，完井的水平段長度超過3000m。水平段越長就意味著壓裂級數越多。從世紀之交早期采用的多級壓裂增產以來，個位數的壓裂級數已逐漸步入到了普遍的泵注50級的壓裂作業，而且，增產井采用100多級壓裂則變得越來越頻繁。
 
    在大位移水平段完井時，形成足夠鉆壓銑除壓裂塞的后增產階段或發起足夠重量移動連續油管滑套的過程是可能出現的兩個挑戰。在一口大位移水平井較低壓裂級的井段，將一個液壓驅動的足尖短節與滑動套筒技術結合使用，可進一步提高第一級壓裂的作業效率。
 
    球觸發的套管通過連續泵送作業改變了井的完井方法。在單點進入球觸發的滑套中，與連續泵送作業相關的縮短時間和降低成本的好處很快就被調整為允許一個球在一個級打開多個套筒——模仿了堵塞射孔有限的泵注處理。這些方法很快就得到了進一步的發展，用于已固尾管的完井作業。
 
    球觸發滑套允許油公司連續泵送壓裂液，與堵塞射孔相比，消除了停工時間，減少了采用更多壓裂液的要求。為了補充壓裂促產期間減少的作業時間，開發了SF903可溶解球，以消除壓裂后需銑除球體的工序。
 
    高泵速壓裂促產。以更高的泵流速泵送大體積的壓裂液、更高負荷的支撐劑、更緊湊的壓裂間距以及更多的壓裂級數，這種壓裂促產趨勢有助于提高作業效率和原油產量。然而，同樣的提高產量的支撐劑，尤其是在大批量使用時，也可能會危害井下工具直至其出現故障，因而導致補救措施費用昂貴或產量降低，甚至可能兩者兼而有之。
 
    在采用堵塞射孔完井方法的過程中，支撐劑的侵入使射孔孔眼擴大，導致第一壓裂集群的孔眼接受了大部分壓裂液，而同一間隔其他集群的孔眼接受了最少的壓裂液或沒有得到處理。油層測井還表明，在一個射孔集群中只有20%至50%預期的壓裂靶區是由裂縫刺激率生產的。這種支撐劑的低效使用導致了產量低于預期，投資回報率降低。
 
    在球觸發滑套系統中，流體流過一個閥座的湍流會使壓力略有增加。這對一個閥座來說無關緊要，但對于配有40至50個滑套的完井管柱來說可能會在額外的摩擦作用下增加數千磅的壓力，這是操作問題的根源。幸運的是，通過減少流體摩擦以及減輕球/閥座和入口點的侵蝕，這些問題已專門針對單點進入和有限入口進入的完井方法得到了緩解。
 
    為了減少累積的流體摩擦，Packers Plus公司的滑套進行了重新設計。采用計算的流體動力學模擬，內部流體路徑的重塑將壓降降低了60%以上，因而減少了流體摩擦。Diffusor套管和QuickPORT IV套管的這些增強性設計，與Packers Plus 公司內加裝的抗侵蝕涂層相結合，確保了完井設備在高速率/大噸位壓裂促產期間的完好性。
 
    Diffusor套管還包含了Packers Plus公司的StackFRAC HD-X球座。這些球座的增量低至 ¹/₆₄-in.，能以高達16 m³/min 的速率提供高強度的壓裂處理，每一級壓裂可泵送 200 噸的沙子。甚至可在井筒的足尖井段實現高速壓裂，其中最小的閥座尺寸通常不小于 2-in.。
 
    QuickPORT IV套管的噴嘴采用碳化鎢加固，這幾乎消除了壓裂過程中對入口點的侵蝕，而噴嘴的偏移間距有助于在入口點進行均勻的分布處理。
 
QUICKPORT IV套管概述
    QuickPORT IV 套管采用球觸發方式，液壓觸發的注入/采出端口，與 Packers Plus公司有限的入口系統一起使用。該套管允許使用相同尺寸的致動球激活多級壓裂，以獲得有限的入口點進行壓裂處理。有多種球尺寸可供選擇，允許按順序進行多重壓裂促產處理。
 
    QuickPORT IV套管的流入口有多種尺寸可供選擇，意在優化有限的入口壓裂處理。壓裂促產后，油井可立刻投入生產，如果需要，可以根據石油公司的完井要求將球座銑除，圖3示意了QuickPORT IV套管的原理圖和特征標注。
  
圖3 
    QuickPORT IV套管可根據油井完井工具管串的要求進行裝配，下入到井筒內直至計劃的深度。將適當尺寸的球置入完井管串內，向下泵送到受限入口處理層最上面的套管。然后將工具管串加液上壓，套管轉為打開方式。然后，球穿過套管并繼續沿尾管向下行進，激活處理區域內其它的 QuickPORT IV套管。
 
    一旦QuickPORT IV套管被打開，就可達到設計的壓裂速度。利用逐漸變大的球來激活套管，處理每個后續儲層。較大的球體尺寸還能將較低的儲層與上方井眼的泵送作業隔離開來。壓裂處理后，如果需要，可以將球座銑除。
 
案例研究
    全井筒中的Diffusor套管。加拿大阿爾伯塔省中部的一家石油公司計劃以高速浮水或滑水對三口井進行增產處理。這些井未處于鉆井平臺上，因此堵塞射孔作業的效率不是一種選擇。尾管接在鉆桿上，固井就位在Packers Plus PrimeSET尾管懸掛器下方。第1級的壓裂促產通過 Packers Plus Toe AP液壓端口來進行，其余的第35、38和 55壓裂級用擴散套筒進行壓裂促產處理，見圖4，可固井的滴球Diffusor套管。
  
圖4
    球體以全壓裂速度進行投射，每分鐘泵送的壓裂液保持在10 m³，直到球著陸前5 m³，當泵速降低到每分鐘泵注2 m³直到端口移動。緊跟在球后面的酸液幫助松動地層使縫隙開裂，接著操作人員能夠快速提高泵速開始壓裂。此過程減少了對流體體積的要求，提高了作業速度。壓裂參數如下： 
 
· 壓裂速率每分鐘10m³，包括所有壓裂級
· 每級30噸沙子
· 含12%氮氣的浮水
    在這個案例中，所有的壓裂級都成功實施了壓裂促產，很快這幾口井就投入了生產。
 
    Diffusor套管克服了管具變形問題。一家石油公司在繞性壓裂套管和堵塞射孔壓裂作業中都遇到了套管變形帶來的挑戰。在三口平臺井試驗了可固井的滴球式套管的性能表現，試驗成功地完成了所有壓裂級。在嘗試使其損壞時，堵塞射孔壓裂作業也存在一些復雜問題。采用滴球方法，可將球投射下井，跟著加入酸液，可立刻見到分解效果。這家石油公司又繼續在一個平臺的四口井進行了嘗試，在3300m長的水平段、級間距60m、平均布有55級可固井的球滴式套管。尾管管柱接在鉆桿上，固井后將PrimeSET尾管懸掛器設置在技術套管內。 
 
    第一級壓裂促產通過Packers Plus Toe AP端口開始進行。其余壓裂級由球觸發激活，所有的球投射和換檔過程都通過Packers Plus ePLUS Retina監測系統進行驗證。壓裂促產后，這幾口井都投入了生產，無需鉆除可溶解球。
 
    80根QuickPORT IV套管的混合式完井。一家石油公司通過為其堵塞式射孔完井的足尖級壓裂采用的球觸發滑套技術，成功地解決了大位移水平段的完井施工。這種混合完井工藝在該井的前20個壓裂級的四套管集群中部署了QuickPORT IV套管。
 
    該石油公司一直采用堵塞射孔完井方法，但在堵塞設定、射孔以及為測量深度大于6096m的油井提供足夠鉆壓銑削堵塞時電纜和連續油管的操作遇到了問題。該公司開始在超過這一深度的所有井運用了QPIV套管，每個短節安置了一個端口。他們將井的作業深度擴展到了7102m的測量深度，水平段長度3719m。
 
    共有80根QuickPORT IV套管運用在了四套管集群中，設計用來覆蓋該井的前20個壓裂級，水平段最深為1,189m。該井的其余部分將采用堵塞射孔完成方法。所有這20個壓裂級都在70小時泵送時間內完成壓裂，在此期間，ePLUS Retina 監測系統驗證了球的投射和套筒的驅動。此次完井的成功證明了QuickPORT IV套管的有效性，不僅降低了足尖井段干預的作業風險以及節省了與停工有關的成本投入，而且，作為多級數壓裂完井方法，在其執行能力方面也獲得了顯著成效。
 
    12根Diffusor套管組合部署在混合完井的井筒中。采用繞性壓裂套管，一家石油公司在Charlie Lake地層使完井延伸到了更長的水平段長度，超出了連續油管完井的范圍。在一口2300m垂深的井，連續油管可抵達6500m的測量深度，而該公司計劃鉆至7350m的測量深度。
 
    12級的Diffusor套管。12級Diffusor套管采用滴球式壓裂，其余59級采用連續油管在一個850m的井段進行壓裂。12級的滴球井段在設計的壓裂速度、低于最大壓力下進行了壓裂。在井內無連續油管時可獲得更高的速率，而無需銑除球體。在這種情況下，最小的球座直徑為76.2 mm。該公司已經以這種方式部署了多個系統，并制定了更多計劃，將在不久的將來使這種完井達到更深的深度。
 
技術進展
    在過去的二十年里，隨著各石油公司不斷開發新油田，最大限度地提高回收率，增加壓裂級數和處理規模，完井技術也在不斷地發展，以滿足石油公司的生產需求。
 
    近二十多年前，滑套技術幫助改造了完井行業，多年來，創新一直在穩步進行，以幫助最大限度地提高效率。從單點進入滑套到液壓激活的足尖套管以及有限進入、可固井的滴球式完井方法，每一次技術進步都能以更高的速率泵注更多的支撐劑和壓裂液，處理更長的水平段和更多的壓裂級，提升完井能力和生產效率。見圖5，水平井多級完井的地下表述。
 
圖5
    這些技術的演變和選擇為生產商們提供了開發其特定地質構造的靈活性，考慮到當今的完井趨勢，如大位移水平段和高速率壓裂促產，提供了以較低成本增加產能的潛力。
 
    Packers Plus公司享有首屈一指的滴球式完井技術供應商的聲譽，在全球完成了超過250,000個壓裂級，近年來擴大了其技術應用范圍，包括各種技術應用以及一口井多分段完井壓裂的技術創新。所有這些產品組合的共同目標是幫助生產商提高生產效率、降低作業風險、改進完井方法和提高石油產量。