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【本周专题:完井】光纤碳棒感应推动非常规油气开发

【本周专题:完井】光纤碳棒感应推动非常规油气开发

基于光纤技术的创新井下干预系统在北美页岩地区取得发展。

来自 | Upstream
编译 | 张良爽

业界对北美非常规油气藏的了解,大部分都是通过反复试验得来的。在大多数情况下,这种学习方式还不错,但在当前极力削减勘探及生产成本的巨大压力下,反复试验就行不通了。

在追求更高效率的驱动下,钻完井团队不断寻找各种方法以优化井间距、压裂段间距、射孔簇密度以及压裂液和支撑剂分布。但知情决策仍取决于能否获得井下流体的详细信息。此类信息数据绝大多数是借助井下牵引器,通过连续油管部署的生产测井工具获取的。

这些技术能够提供有价值的信息但数量有限,而且仅是一系列特定时间和地点的井下情况“快照”,并且这些技术在操作上也有一定难度。

【本周专题:完井】光纤碳棒感应推动非常规油气开发

Ziebel干预系统的核心部件是一个直径15毫米包含多根光纤的复合碳棒,被放置于井下流体流动路径中

例如在使用连续油管部署时,连续油管自身产生的节流效应就很可能明显改变井下动态情况。Ziebel公司营销和技术副总裁Neil Gardner说,美国页岩地区很多长水平井流体的环状流动以及经常间歇性流动的特性,使传统测井技术获取的数据难以准确的解读。

位于挪威的Ziebel公司研发出了一个新式井下干预系统,核心部件是一个直径15毫米、包含多根光纤的复合碳棒。该碳棒部署在井筒之中,具有传感功能,能够沿其整个长度,利用分布式的温度和声学组合感应生成实时信息。

Ziebel公司早在2008年就已经将该碳棒生产商业化,但在非常规油气藏市场上,它还是一家相对较新的公司。2015年Ziebel公司在北美推出了现在的流量分配服务。Gardner说,当时该公司认为,随着运营商将更多的资源用于成熟油气井的重复压裂上,对其服务的需求也将随之增长。

“重复压裂”趋势发展缓慢,但该公司的Z-system产品经过验证,非常适合页岩地区运营商在优化完井策略方面的需求。分布式光纤(DFO)测量使运营商能够监测压裂的结果,并确定哪些区域和射孔簇实现了有效增产。

“我们正在努力缩短学习周期。”

—Neil Gardner, Ziebel

在典型部署中,碳棒将放置于井下48小时,光纤传感器将持续测量温度及声波震动。Gardner说:“它能告诉你流体来自哪里,你也能探测到进入井筒流体的振动。”

碳棒位于流动路径的中心。“因此任何干扰或流体运动将显示为微小应变或碳棒的移动。我们能看到流体流入井筒,并能告诉运营商哪段射孔簇有流体流动。这些从我们获取的图像和数据都可以非常清晰地看到。”这些数据帮助一家运营商判断其完井设计的有效性并相应的进行修改。

Gardner说到:“运营商投入了很多资金在压裂设计上,做了一定数量的分簇射孔,泵入了大量的液体和支撑剂,但并非所有措施都能带来好处。”

光纤测量系统“使运营商有机会评估其完井策略,发现问题:我们的射孔簇间距是否太小?每一段的射孔簇数量是否太多了?”为了得到答案,运营商习惯于依赖更劳动密集型的解决方法:钻多个井,每口井每段布置不同簇数的射孔,然后对结果进行比较。

Gardner说:“光纤测量是优化完井策略更快捷的方法。我们正在缩短学习周期。对非常规页岩油气藏中的许多认知刚开始都是些小知识,随着时间推移而逐渐增加。通过利用井下的实时数据,我们可以加速学习曲线。

井距

除了流量分配,嵌入光纤的碳棒还能进行井间干扰试验。

Gardner说:“这是完井策略中的另一个变量—旁边油井应布置在多远的距离?如果将它们隔的太远,水力压裂的效果可能无法扩展到整个目标区域;而如果彼此太靠近,一个井可能会从相邻的井中“偷”产量,或导致其出现异常情况。”

将碳棒放置在一口井中,并依次关停和启动相邻井的生产,工程师可以观测到一个井中的活动如何影响另一口井,从而确定随后的最佳钻井方案。“光纤测量再次给了运营商一个机会,采取更科学的方法来完成他们的完井策略。”

石油价格下滑使北美页岩油气市场的一些勘探项目又重新得到关注。Gardner说,当Ziebel公司将其技术带到美国时,Eagle Ford远景区在多个领域都炽手可热。该地区的高温油气藏促使Ziebel公司开始新版本Z-system产品的研发,使其适用温度上限能够从当前的275℉( 135℃)升高至350℉(175℃)。

目前,行业关注重点已从钻井成本较高的Eagle Ford地区转移到了油气藏气温较低的Permian地区。尽管项目仍在开发当中,但对高温碳棒的需求变得没有那么迫切了。Gardner说,“不是光纤有温度限制,而是用来制作碳棒的碳复合材料受限制。”

 

【本周专题:完井】光纤碳棒感应推动非常规油气开发

碳棒和卷筒:光纤系统原是为海上应用开发的,但在北美非常规油气藏市场上开始得到发展

现在更大的挑战是距离。Bakken地区运营商通常将水平井段的长度钻至8000~10,000英尺,几乎是当前Z-System在水平井段能下放长度的两倍。Gardner说,“我们产品的下放长度因摩擦受到限制,连续油管也有同样的问题,且连续油管能下放的长度也有限。”

Ziebel已将目光瞄准了适应非常规油气藏的大位移井版本的Z-System产品开发。一项研发计划侧重于开发电池供电的井下牵引器,用以拉动碳棒。Gardner解释说,目前已有这种工具,但现有的运行方式,液压装置和电池能力还无法完成任务。“电能转换为机械能的效率非常低,最多可能只有20%,因此在到达较远距离之前电池就已耗尽。”

Ziebel发现,挪威的Well Conveyor公司可能有解决方案,该公司目前正在开发一种更高效的牵引器,能够将总能量转换率提高到60%以上。大位移井替代解决方案包括在复合碳棒中并入电缆,从地面通过电缆为传统的井下牵引器提供动力。“这就要求我们打造出一种不同类型的碳棒,并且修改我们设备的几个部分,”Gardner解释说。

Ziebel设计了一个海上应用的原型,但该系统太大太重,无法用于北美的陆上运营。这套装配在卡车上的部署装置,包括一个直径3.5米的卷筒,无法通过美国公路的下穿通道。

另一个问题是,为了到达最长水平井井趾部位,在碳复合棒中并入铜材质的复杂性和高成本。为了使碳棒导电可行,他说:“我们必须减轻碳棒的重量,减少其中铜的用量,并且还必须将地面设备的尺寸尽可能缩小。”

Ziebel希望明年这两个选项至少有一个能准备好,可进行现场测试。Gardner说:“这个大位移井碳棒将真正使我们成为非常规油气藏开发的主要参与者。”运营商希望看到井下其余部分的数据。首先,这些数据可能将回答这样的问题:“钻出长达8000多英尺的分支井到底有没有真正的益处?”

Gardner说,“当前,我们期待为美国打造出第二个陆上装置。我们都知道北美非常规油气藏市场在增长。自2015年以来,我们一直在美国运用一个陆上装置,我们计划从2018年第二季度开始,运行第二套陆上装置,这样我们也就能够触及到新用户。”

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