層間封隔技術的最新進展
時間：2018-09-28 16:09
來源：
作者:張瑜
越來越惡劣的井下條件需要水泥隔離液、封隔器和彈性體改進，以促進故障診斷的應用。更長、更深、溫度更高的井正在增加井完整性的風險，推動層位分隔方法的發展。使作業者能夠保證完井研究機械、液體活化及化學溶液的開發工作正在開展，以應對日益嚴峻的井下環境挑戰，這些井下環境的影響無處不在， 從彈性體到封隔器，再到水泥。與此同時，在問題變得嚴重之前，我們使用故障診斷工具來檢測問題。在低壓條件或自然裂縫比較發育環境下，油井可能出現意料之外的井漏，尤其是在水泥覆蓋面積更具挑戰性的情況下。GE 貝克休斯能源集團（BHGE）全球固井業務開發經理格雷格·迪安 （GregDean）表示，低壓意味著我們在輸送比鉆井泥漿要重的水泥時會遇到問題，所以在油井中要有良好的水泥覆蓋面積。
封隔不良導致需要采取補救措施，如水泥擠壓，這會增加鉆井時間和操作成本。據估計，大約有三分之一的固井和鉆井產品的支出與井漏情況有關。在固井水泥漿和隔離液設計方面，高壓高溫（HPHT）條件對確保油井施工期間的完整性和油井的使用壽命尤其具有挑戰。“我們的大部分研究工作都與固井水泥漿化學有關，但我們也專注于固井之前的泥漿去除。在固井作業之前，如果不進行適當的泥漿去除或井孔凈化， 不管水泥漿的質量或性能如何，我們都無法實現良好的井筒封隔。 ”
2018 年 4 月，BHGE 推 出 了SealBond Ultra， 這 是 該 公 司 水泥隔離液系統組合的最新成員，用于解決固井時發生的嚴重的循環漏失問題，包括自然裂縫性地層的裂縫對于傳統漏失循環材料（LCM）技 術 來 說 太 大 的 問 題。 該 系 統 可以封堵裂縫，其封堵能力可以達到4mm，而傳統系統的封堵能力僅為1mm。該系統是基于一種疏水改性聚丙烯酰胺，當它們與滲透性地層接觸時，可以聚集膠束并填充孔隙。作業后對成功固井作業分析，當量循環密度已經超過估計的破裂梯度，達到 1 lb/gal，顯示了新的密封環隔圈系統的有效性。哈 里 伯 頓 Swellpacker隔離系統正在得到改進，為特定的鹵水和鉆井泥漿系統提供高含鹽的能力，從而消除了交換流體膨脹封隔器的需要。這種新的水泥隔離液系統適用于任何遇到 LCM 問題的環境或與固井和層位分隔相關的挑戰。哥倫比亞的一家生產者成功地將該技術應用于在固井前會造成井漏的高滲透砂層。該作業者在所有高滲透區都實現了有效隔離，水泥評價測井表明，沒有發生安全事故。該技術已在該領域的所有生產尾管固井工作中實施。
整體分析
“哈里伯頓公司對井的完整性采取了全面分析的方法，與鉆井工程師合作，在井建設和規劃階段確定出問題區域，然后與完井團隊合作。 ” Ben Wellhoefer 解釋說： “通過在各方面保持合適，我們可以提供一個完整的隔離方案，確定環境挑戰，并遵守不斷變化的法規，以確保有效的層位分隔、安全性和法規遵從性。了解封隔器在關鍵層位的位置及方式，特別是在探井中，這是井完整性的主要挑戰。“在鉆井過程中，隔離這些層位至關重要，以減少持續的套管壓力，隔離水或問題層位。”“通常情況下，在施工過程中會使用裸眼封隔系統來支撐水泥， 這是層位封隔傳統的主要方法。 ”
此外，封隔系統必須能夠承受優選出的鉆井液，無論是在下鉆中的鉆井液還是在生產中的鉆井液。Wellhoefer 表示，哈里伯頓的Swellpacker 封隔系統，具有自修復的彈性體，在套管內和裸眼中與油或水接觸時，彈性體就會膨脹，該系統正在得到改進，以在高鹽度的鹽水和鉆井泥漿系統中提供膨脹能力。需要繼續研究創新的問題，是彈性體在高溫高壓環境下變得更柔韌。K2 高壓端環有助于消除擠壓，防止橡膠流動，并允許封隔器保持更高的壓力。哈里伯頓公司還在加強 SwellSim 軟件的實時性能力，并增強了其延遲系統即彈性涂層，從而能夠精確控制封隔器膨脹率。在拉丁美洲海洋開發鉆探活動中，作業者運行帶有膨脹式尾管的5-in. 隔離系統，可增加油藏接觸，在需要減小井眼尺寸的高度減壓區減少完井時間和風險。該隔離系統深入 1,214ft（370m）的井中，沒有任何阻力或限制。該作業者節省了 10 天的完井時間和 300 萬美元。ZoneGuard 是哈里伯頓裸眼封隔器系統的最新版本。該公司正在更新一套新的錨固系統，以提供完整的層位分隔方案。該系列包括三種設計， 包括 ZoneGuard FP （fracpacker），一種面向美國大陸市場的經濟性封隔器。FP 裝置最近被部署 在 中 大 陸 盆 地（MidContinentBasin），在單一的井筒里有超過40 個獨立的封隔器。對于井筒隔層，當使用流入控制裝置或篩時，海上應用和作為固井封隔器的底部封隔器，通常使用區域保護標準范圍或區域保護高膨脹封隔器。
減少用水量
創新還提高了非常規油氣藏機械隔離方法的可靠性和效率。為了解 決 傳 統 plug-and-perf 作 業 的局限性，GEODynamics 公司推出了一種復合塞系統，旨在確保整個plug-and-perf 作業的層位封隔。“ 該 系 統 減 少 了 時 間 和 用 水量，同時消除了與以前提高效率的策 略 相 關 的 風 險。” 完 井 工 具 副總 裁 Raymond Shaffer 說：“ 最大 的 挑 戰 是 多 層 位 plug-and-perforation 作業和球座 - 下射孔槍最大、坐球塞、射孔槍點火、從射孔中發出，接著啟動壓裂作業，如果射孔槍不能點火，利用連續油管裝置則需要傳送射孔槍。
該公司的 EVOLV 與 FracTrap技術為作業者提供了將球送入恰當位置的能力，消除了對坐球塞之后從表面泵如球的能力。將球送入恰當的位置的另一個好處是能夠坐球塞時盡快測試層位的能力，確保壓裂作業開始之前球塞維持壓差。該系統于 2018 年 4 月推出，使用更少的水入球座，從而在每個階段都節省了大量的水，并減少了泵送的時間。“在典型的二疊紀盆地井，40~60 段，每段可以節省 15分鐘的時間，任何地方都可以節省5~8 萬美元的成本，包括減少水的成本， 只要不把球往下泵送就可以。當射孔槍不能點火時，調整成套工具內的打撈工具允許作業者流回接住球，從井孔中出來，然后泵入另一根射孔管柱繼續操作。這種球塞由模制復合材料組建成，額定為 10,000 psi，能夠快速磨銑并產生小顆粒的碎片。自從在二疊紀盆地（PermianBasin）和鷹福特（Eagle Ford）進行了 18 個月的現場試驗以來，該系統已經經歷了 8,000 多次美國運行，包括 DJ 盆地和落基山脈地區。有機會流回接 60 多個球，消除利用連續油管干預的必要性。
在 做 這 些 努 力 的 同 時， 企 業也越來越認識到使用診斷系統來檢測那些會給油井造成故障的問題的價 值。TGT 油 田 服 務 公 司（TGTOilfield Services） 首 席 營 銷 官肯· 費 瑟（Ken Feather） 表 示，因為大多數井的完整性問題發生在油井的外圍、管道和水泥等后面，檢測和定位泄漏或沿環空流動路徑的過程至關重要。”他指出，管道、水泥、彈性體、封隔器和閥門等必須處于良好狀態，必須具有良好的密封性能。屏障看起來是完好的，但不是密封的。例如，水泥的機械性能可能是堅固的， 可以覆蓋環空，但它不能完好密封，因為看不見的微環或裂縫會導致不必要的流動路徑。此外，隨著時間的推移，水泥、管柱和其它層狀隔離組件會退化。聲譜水泥通道檢測系統可以記錄并分析井筒內的聲譜，以檢測無法檢測到的微裂縫或環空水泥通道內的流體流動，這些流體流動可能在井投產后沿環空泄漏。
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