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同步钻完井技术有望大幅增加井深

同步钻完井技术有望大幅增加井深

同步钻完井技术有望将钻井深度增加至30千米,油藏的开采效率将显著提高。

来自 | JPT
编译 | TOM 惊蛰

大位移井(ERD)技术虽然应用广泛,但还存在瓶颈,井深受限在12千米内,水平位移也不到10千米。本文介绍了一种能够同时钻、完井的技术,能够大幅扩展钻井作业范围,最终目标是完成井深30公里井筒的建设。井深更大意味着作业者利用现有生产设施能够开采到更远的油藏,并使作业者拥有进入环境敏感区域下方储层的手段。

该技术引入了一种建井新方法。在钻井作业期间,封隔器封闭环空,维持同一个井径钻至最终靶点。利用导向钻井模块执行钻井作业,双层套管取代了钻柱,钻屑通过内层套管运移至井口。管柱在钻井过程中不旋转,而是由牵引系统向前牵引。该牵引系统由多个牵引装置沿管柱以120米的间隔组合而成。用于完井的工具,例如防砂筛管、传感器与控制系统,都被集成到双层套管中。

系统描述

基于该技术,开发出了两个钻完井版本:用于12.25in井眼的套管钻井系统以及用于8.5in井眼的尾管钻井系统。目前该项目重点集中于尾管钻井系统,开发出的解决方案适用于这两套系统。

在尾管钻井技术的基础上,形成了一套尾管钻井解决方案。可从现有的生产套管鞋深度,将井延伸。部署尾管的极限深度受限于生产套管鞋的深度,因此,建井深度最高可达20千米。尾管是通过标准钻杆下入井底,因此传统的钻机设备可用于该项钻完井作业。相比之下,完整的生产套管钻井技术也可以钻更深的井,但需要对地面设施进行大量的改造。

尾管钻井系统的主要设备是双层管柱的循环系统与多个液压动力牵引装置,该装置用于克服机械摩阻并提供钻压。尾管系统利用下入工具安装在钻杆上,该下入工具除了连接地面与底部钻具组合(BHAs)之间的数据通信之外,还提供灌浆功能并可切割回收。

液压使牵引装置的封隔器径向膨胀,直到它受到井眼约束。一旦封隔器膨胀,可以向牵引装置滑套的任一侧提供驱动压力,从而施加相对于井眼的牵引力。根据压力所作用的侧面,可将尾管推入井中或将其从井中起出。在正常作业期间,轴向力克服尾管与井眼之间的摩阻,并为钻头提供钻压。封隔器膨胀所产生的压力与地层摩擦系数结合起来,将会决定系统输送的最大轴向力。在行程结束时,封隔器缩回,然后重新定位以进行新的行程。

牵引装置的行程决定了封隔器的坐封与重置频率。对于10千米的井段,若滑套的行程为2米,将需要激活5000次封隔器。内管柱可穿过牵引装置,从而岩屑能够上返至地面,也可利用留有的环空来灌浆。

双管连接设计使尾管段能够在钻台上快速组装。该连接系统包括:配备有改进型接箍的标准外层套管接头、内层生产管柱、配备有电子连接器的上下内部接箍以及用于在上扣期间定位尾管段的装置。一旦组装好,内层管柱就有一定的自由度,可在光滑内壁中轴向移动,以补偿内管与外管之间的温度差异,这可导致它们的相对长度产生偏差。

钻井底部钻具组合

尽管作业寿命会限制可钻段长,但传统泥浆马达依然是尾管钻井技术用来驱动钻头的备选方案。其一个重要优点是钻井BHA坐封于钻头附近的井眼上。封隔器可有效地将钻柱从BHA与钻头引起的动力影响中隔离出来,可避免常规作业中有害的钻井动态机能障碍,比如:蹩钻、粘滑、侧向冲击以及回转。消除这些问题也将最大限度地延长钻头与BHA的使用寿命。泥浆马达的替代者是电动马达,它的平均故障间隔时间为数千小时。

电力与控制系统

10千米的尾管可能需要多达80对牵引装置(基于120米的间距)。在正常作业条件下,每个牵引装置所需的功率很低。以10米/小时的速度提供3.5吨的拉力,所需的功率只有100w。包括系统损耗在内,大约只需200瓦的输入功率,为所有牵引装置提供的总功率约为16千瓦。

最初的方案是利用液压管线为所有的牵引装置提供能量。然而,液体通过长导管带来的压降将会非常高。取而代之的主要解决方案是在井下配置多个电动液压泵设备(HPUs),来驱动牵引装置。作业者可在地面通过电子控制设备来控制电磁阀,从而针对不同的液压功能,调整所需压力。电动液压泵设备、液压控制阀与电子设备都位于灌浆的环空中。

除了驱动牵引装置外,电液控制装置还将引导不同牵引装置之间的相互作用,避免出现“拔河”或潜在的锁死情况。

产出液流入阀

一旦完井,就可利用可调活塞式流入阀,来控制流入段以实现开采。在流入阀的两侧对称地布置防砂筛管,产出液通过筛管进入引流接头的环形腔,依靠活塞阀的设定来控制流速。阀门的位置由电动机与滚珠丝杠式齿轮控制。

尾管悬挂器

对于尾管钻井技术,需要用到尾管悬挂器与尾管下入工具。目前通过建模设计了:尾管悬挂器、安装于整体芯轴上的整体尾管封隔器。还包括上部抛光座圈,它可以连接至上部完井工具,并结合内部形状以完成闩锁连接。

通过泥浆流动力涡轮机驱动下入工具中的发电机来产生电力。当钻至总井深时,尾管悬挂器在套管内被液压激活。一旦坐封了卡瓦,尾管封隔器就会坐封于套管内。可以通过在钻杆内施加液压来安装封隔器,或施加载荷作为应急解决方案。一旦进行了压力测试,就可以通过液压或右旋转将下入工具断开,并起出井筒。

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