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新技術助力提高重複壓裂成功率

新技術助力提高重複壓裂成功率

摘要:新型液體密封材料有助于将井眼修複到原始狀态,并提高重複壓裂成功率。

編譯:大安 影子

自1947年第一口油井實施壓裂技術以來,1949年水力壓裂技術在石油和天然氣行業開始商業化應用。石油工程師一直在試圖尋找對已經實施增産措施的井進一步提高采收率的方法。正如業界所承認,即使在水力壓裂之後,仍有大部分石油和天然氣留在地下,因此轉而開展重複壓裂以糾正施工設計中的早期假設,或者對效果不好的井重新壓裂。

由于目前的鑽井作業主要是墊塊鑽井和水平井,如果母井在完井期間受到子井完井的嚴重影響,或者如果射孔射偏或未射中儲層,或者有其他原因證實有可采儲量被滞留在地下,則也會考慮重複壓裂。

然而,重複壓裂并不能解決所有因初始完井或者設計造成的一些缺陷,即使實行重複壓裂,肯定需要一些改進才能實現持續的商業效果。

傳統重複壓裂技術

執行重複壓裂的常規方法主要針對直井及其近井地帶。球型封堵劑通過直接封堵射孔入口防止壓裂液從原始壓裂路徑轉移。套管補片和襯套覆蓋現有的射孔和開口套管。顆粒轉向劑在套管入口點堵塞,然後依靠足夠的改向壓力瞬間橋接或者堵塞近井地帶。最近,還有一種雙層組合套管技術,不過非常昂貴且操作困難。

所有這些方法都取得了一定程度的效果,除此之外還可以采用一種新的方法,不僅僅可以使液體在井筒處或井筒附近改向。液體密封劑可以放置在現有的射孔孔眼或套管中,使得壓力超過被壓裂地層的原始壓力,因此在保持原始井眼内徑(ID)的同時重複壓裂新的油層。這種密封材料設計用于穿透裂縫和縫隙封堵距離井筒3米至9米(10英尺和30英尺)之間的通道。

這種基于聚合物的化學品添加有交聯劑,其在實驗室測試中測量其在121℃(250°F)溫度下的抗壓強度高達5,000psi(圖1)。交聯反應由井底溫度引發,強度随時間逐漸增加。反應在24至48小時内完成,當溫度較低時需要較長時間。與此同時,如果具有較低的強度(例如3,000psi)則可用于後續壓裂作業的轉向。如果在較淺(溫度較低)的井中,那麼仍然可以在24至48小時内獲得壓力下限值。New Well Tech的交聯劑和催化劑用于增加井筒的适應性,以便于産生所需的交聯速率和極限抗壓強度。

新技術助力提高重複壓裂成功率

圖1.該圖表顯示了測量的密封劑的性質。在填充有固化密封劑的油管兩端施加壓力并測量壓差,在測試中,完全交聯的密封劑在250°F時可承受5,000 psi的壓差。(來源:New Well Tech)

材料特性

這種液體密封材料有五個與同類産品不同的特性:

1.它以液體形式泵送,能夠深入穿過套管内部區域和水泥環區域的原始裂縫;
2.它可以設置交聯時間(圖2),這樣更适應材料的輸送并滿足材料延遲泵送所需的時間;
3.在壓裂前1~14天将其作為前置液體系注入,而不是在壓裂期間作為轉向劑使用;
4.可以在配方中添加定時破膠劑,在兩周内去除密封材料,或者使其在約兩年時間左右自然分解;
5.這種聚合物-交聯劑體系是水基的,在地面設備中易清潔,比樹脂體系更穩定。

新技術助力提高重複壓裂成功率

圖2.該圖表顯示可以通過調節交聯速率以适應泵送時間。(來源:New Well Tech)

該密封材料的另外一個優點是具有良好的剪切稀釋性,因此殘留在井眼中的任何材料都可以通過研磨機、鑽頭或套管刮刀的旋轉輕松移除,保證在重複壓裂之前井眼恢複原始内徑。此外,該材料為韌性非脆性。因此在固化之後,由重複壓裂施加的後續壓力不會使材料破裂,但可能将其進一步推入最初填充的微裂縫中。

業界一緻同意傳統的轉向劑和井眼條件準備方法有一些好處;然而,這種材料可用于克服井筒内徑的減小,這涉及到去除任何封堵井眼的物體以及精确引入交聯式轉向劑。而且,由于密封劑材料的體積适中,這種重複壓裂方法的成本通常是最便宜的。

雖然這種材料解決了原始壓裂後的平面壓裂路徑和樹枝狀裂縫,但沒有理由認為它不能與經常在重複壓裂中使用的局部轉向劑和井眼改性劑一起使用。 New Well Tech的版本是一個獨立的産品,在使用之前可以與其他方法結合使用。

該液體密封材料不僅僅能用于重複壓裂的井眼準備。New Well Tech技術組已經與鑽井工程師讨論了該材料作為堵漏劑,以及作為飲用水區域的密封劑或者作為破裂套管柱的臨時橋塞。在生産方面,可以用于堵水、堵孔以及作為注水泥的引入液。

正在考慮在鑽井中應用該産品滿足較短固化時間的需求,可在較冷的環境中比如較淺的垂直井或表面套管應用。并計劃将進行環流測試和屈服點測定。

原料保障

液體密封材料的原料非常簡單,通過與操作員溝通并了解井況、先期處理情況和井底靜态溫度來确定配方。生産曆史記錄有助于評估措施的成功率,但在設計中不是必要的資料。将所需的化學品裝入标準油田化學品箱中,并且聚合物、交聯劑、活化劑或破膠劑的任何混合配制由服務供應商在現場完成。然後将最終配方移送到運營商的服務公司設備以便注入到井下,泵送速率要求在1桶/分鐘至3桶/分鐘之間。壓力不超過破裂壓力,并且盡可能接近化學擠壓壓力,可能是幾千psi,具體取決于深度。

由于該井已被确定為重複壓力井,因此可能在現場提供服務設備或連續油管裝置,從而顯着降低了施加密封劑材料的總成本。産品的原料成本和一些适當的井下橋塞和封隔器的布置以及可能存在的服務公司通過卡車泵送液體将是該井準備作業過程中的唯一額外成本。

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