就像太陽每天升起和落下一樣，在某個(gè)時(shí)刻，所有的油氣井都需進(jìn)行修井作業(yè)，以維持或提高產(chǎn)量。采用電纜、連續(xù)油管或強(qiáng)行下油管裝置執(zhí)行基本的鉆塞疏通和洗井作業(yè)到井的全面大修作業(yè)，目的是為了拆除和重新安裝井口，替換井下設(shè)備，修井作業(yè)是油田壽命的一個(gè)現(xiàn)實(shí)性問題。自動(dòng)化集成化設(shè)備、強(qiáng)大的診斷功能及繩索干預(yù)的復(fù)興提高了油氣井的修井效率。隨著石油公司在高溫高壓環(huán)境下將井打的更深或位移更長，修井作業(yè)也變得越來越重要。圖1，哈里伯頓的光譜融合服務(wù)，通過連續(xù)油管（coiled tubing, 簡稱CT）一并輸送光纖和電力，使用電纜或機(jī)械修井工具提供持續(xù)的電力和實(shí)時(shí)遙測，為用戶定制各種井的修井服務(wù)和診斷應(yīng)用。
圖1
為了滿足石油公司關(guān)鍵優(yōu)先事項(xiàng)“效率”的要求，通常，具備自動(dòng)化、集成化設(shè)備的專業(yè)服務(wù)公司才能滿足當(dāng)今油氣井環(huán)境的嚴(yán)苛要求，新的電纜應(yīng)用和強(qiáng)大的診斷工具能對(duì)井下發(fā)生的情況有一個(gè)更清晰的了解。在美國的非傳統(tǒng)陸上市場，大直徑的CT仍是修井作業(yè)的一個(gè)支柱性應(yīng)用，被廣泛用于鉆除裂縫栓塞。然而，隨著水平段越來越長和壓力的不斷增加，修井作業(yè)無處不在，這也催生出一些更新的方法和技術(shù)，不僅可以提高修井作業(yè)的性能和效率，還能提供一些替代方案。
更少的投入鉆更長的水平段
開拓者能源服務(wù)公司首席戰(zhàn)略官卡洛斯佩尼亞說：“由于石油公司力求在嚴(yán)格的資金流限制范圍內(nèi)工作，而且，要求使用較少的投入鉆更長的水平段，并在具有挑戰(zhàn)的環(huán)境中獲得更多的產(chǎn)量。為此，修井服務(wù)公司通過專注于更高效率和增強(qiáng)設(shè)備效能的方法來予以應(yīng)對(duì)”。這家服務(wù)公司自2008年以來擴(kuò)大了旗下的鉆井業(yè)務(wù)，包括電纜、修井及CT應(yīng)用服務(wù)。
修井業(yè)務(wù)的新亮點(diǎn)
重點(diǎn)是提高效率和增強(qiáng)設(shè)備的效能，以應(yīng)對(duì)更長的水平段和更高的壓力；要求洗井液具有更好的水力學(xué)性能，以較少的起下次數(shù)清除大位移井的障礙物，以便輸送大直徑的CT；最近的創(chuàng)新旨在提供更好的診斷能力和提高除沙效率。開發(fā)鷹福特（Eagle Ford）頁巖的石油公司還在尋求高溫井的修井方案。
更長的水平段會(huì)使設(shè)備更長時(shí)間的暴露于更高的壓力中，為了更好的除沙和鉆除更多堵塞，需增加泵的容量，采用高壓循環(huán)噴頭的動(dòng)力水龍頭和功率高達(dá)10000psi壓力的控制裝置作為修井設(shè)備，而用于電纜和CT服務(wù)的壓力甚至?xí)摺Ｅ迥醽喯壬忉屨f：“客戶對(duì)設(shè)備也非常感興趣，這能使我們的作業(yè)更安全，而且，還能培訓(xùn)我們的雇員”。
開拓者能源服務(wù)公司活躍在美國大部分頁巖盆地，尤其是墨西哥灣沿岸地區(qū)。該公司擁有125部修井鉆機(jī)，這些鉆機(jī)的天車向外探出，鉆臺(tái)也向外擴(kuò)展了許多，這些設(shè)備使鉆臺(tái)的作業(yè)空間增大，這讓游車的操作更安全。這些鉆機(jī)的井架較高，鉆臺(tái)與司鉆操作臺(tái)一并設(shè)計(jì)，使得鉆臺(tái)能升至36ft的高度，以容納更高壓力環(huán)境的防噴器（blowout preventer, 簡稱BOP）堆疊。550-600馬力的鉆機(jī)包括BOP安全控制與隔離以及BOP輔助關(guān)井系統(tǒng)。圖2中的左圖：開拓者能源服務(wù)公司的員工們正使用修井鉆機(jī)在一口鷹福特頁巖井進(jìn)行生產(chǎn)油管的下井作業(yè)；右圖：該公司一部修井鉆機(jī)正在一口鷹福特頁巖井進(jìn)行施工作業(yè)。
圖2
佩尼亞先生聲稱，該公司的完井與電纜修井組合業(yè)務(wù)提供了一個(gè)寬泛的專業(yè)套餐服務(wù)。補(bǔ)救性電纜修井服務(wù)包括測井作業(yè)——含套管和裸眼井段——機(jī)械服務(wù)、管子回收與疏通。最近的趨勢(shì)是由于井筒阻塞而進(jìn)行的修井或裂縫疏通作業(yè)。“在一些井距較密的成熟構(gòu)造，新井的壓裂可能會(huì)影響附近的一些生產(chǎn)井，需要起出抽油桿和油管，對(duì)井進(jìn)行除沙疏通”。
開拓者公司還經(jīng)營5種大直徑的CT裝置，包括在鷹福特頁巖使用的3種和落磯山頁巖使用的2種，以及4種2英寸或更小直徑的工具。佩尼亞先生又說：“CT就像油田的瑞士軍刀，被設(shè)計(jì)為對(duì)一些在產(chǎn)的生產(chǎn)井利用小直徑油管對(duì)其進(jìn)行補(bǔ)救性修復(fù)的工具。當(dāng)今，利用大直徑管子是鉆除堵塞和修復(fù)水平井最快的方法之一”。
他繼續(xù)說：“石油公司一直在進(jìn)行極限測試，以確定最佳的水平段修復(fù)長度。數(shù)據(jù)顯示，水平段長度一直在增加，正常的修復(fù)長度一般在10000ft左右。去年在美國東部的阿巴拉契亞地區(qū)，我們看到一些水平段的修復(fù)長度超過了17000ft，有些在15000至17000ft之間。不過，當(dāng)鉆一個(gè)15800ft左右的水平段涉及到風(fēng)險(xiǎn)和成本時(shí)，存在著一個(gè)逐漸遞減的回報(bào)點(diǎn)，井的修復(fù)會(huì)變得更為復(fù)雜，費(fèi)用也會(huì)更高”。
輸送大直徑CT
由于要求洗井液需有良好的水力學(xué)性能，以較少的起下次數(shù)清除大位移井的障礙物，往復(fù)移動(dòng)管子使其回到垂直段的根部，因此，輸送大直徑CT則變得引人注目。Cudd能源服務(wù)公司金融分析師Rob MacKenzie說：“2014年，2英寸或更小的CT占了我們業(yè)務(wù)的70%以上。今天，我們70%以上的業(yè)務(wù)使用的是2 3/8” 或更大一點(diǎn)的管具”。該公司在美國大多數(shù)頁巖區(qū)塊提供服務(wù)，包括二疊紀(jì)盆地、中部大陸的SCOOP/STACK構(gòu)造，以及阿巴拉契亞地區(qū)的馬塞勒斯和尤蒂卡頁巖構(gòu)造。
Cudd公司的銷售經(jīng)理克里斯·施耐德解釋說：“隨著水平段長度的不斷增加，石油公司需要最大限度地開采非傳統(tǒng)油氣井每一小部分的油氣資源，其方法是增加開采段的數(shù)量和縮小開采段的間距，這將增加堵塞的數(shù)量和清理支撐劑的數(shù)量”針對(duì)這一趨勢(shì)，Cudd能源服務(wù)公司增強(qiáng)了使用管子容量的現(xiàn)有CT設(shè)備，使其能抵達(dá)延伸的水平段長度，并在今年增加8套體現(xiàn)最先進(jìn)水平的2 5/8” 能勝任的CT裝置。Cudd公司還正在推出自動(dòng)化的、更高液壓馬力的泵，配備了將混合工廠與液壓泵集成于一體的系統(tǒng)，不再需要更多的現(xiàn)場人員處理和混合洗井所需的化學(xué)藥劑。施耐德先生說：“現(xiàn)場人員越少，安全風(fēng)險(xiǎn)就越低，這樣也會(huì)簡化作業(yè)流程”。
他解釋說：“不過，隨著材料的構(gòu)成和延伸至極限的管柱設(shè)計(jì)，以及25000ft或更長的大型CT卷筒合法運(yùn)輸?shù)墓废拗兀藗円苍絹碓絻A向于修井鉆機(jī)和強(qiáng)行下油管裝置，這類修井鉆機(jī)使用傳統(tǒng)油管的接單根方式，不受固定的卷筒尺寸限制，尺寸再大——大至2 7/8”，更容易用卡車運(yùn)輸”。
Cudd公司還擁有一支修井隊(duì)，有5套獨(dú)立的和9套鉆機(jī)輔助的強(qiáng)行下油管裝置，與修井鉆機(jī)相比，強(qiáng)行下油管裝置可在保持井正在生產(chǎn)或在最小地層傷害的欠平衡狀態(tài)下鉆除堵塞。施耐德先生說：“通過強(qiáng)行下油管裝置來控制壓力，我們可以讓井流動(dòng)起來，有助于洗井，還能在不壓井的情況下防止損害地層”。見圖3，左圖：一套Cudd能源服務(wù)公司裝配好的液壓修井裝置，正在進(jìn)行下油管作業(yè)；右圖：與此同時(shí)，CT裝置還在進(jìn)行洗井作業(yè)，作為完井的最后一個(gè)步驟。
圖3
為了滿足更長水平段作業(yè)效率與安全日益增長的需求，該公司今年將新增一套快速起升的獨(dú)立式強(qiáng)行下油管裝置，并計(jì)劃通過融入更多自動(dòng)化技術(shù)和設(shè)備組件來升級(jí)其它兩套獨(dú)立裝置的性能，這種升級(jí)有助于更快的接單根和更少的接單根斷裂。麥肯齊先生指出：“安全是我們所做一切的第一要素，我們的客戶給予我們安全與環(huán)境的評(píng)價(jià)記錄與我們所做的一樣高，因?yàn)椋@是個(gè)不錯(cuò)的生意”。施耐德先生表示：“Cudd公司提供了一些特殊服務(wù)，如閘閥鉆、井口冷凍和熱汲取服務(wù)，用于地面和井口設(shè)備的修復(fù)，既可修復(fù)井口問題，也可緩解被困壓力”。
提高診斷效率
為了幫助滿足業(yè)界對(duì)效率、可靠性和地下感知的要求，實(shí)現(xiàn)最大化資源開采，哈里伯頓公司通過2018年8月推出的光譜 360服務(wù)，增強(qiáng)了光譜實(shí)時(shí)CT服務(wù)組合的診斷能力。這是一個(gè)實(shí)時(shí)、高分辨率、360°視野的流水式相機(jī)。這種相機(jī)與光譜融合服務(wù)相配對(duì)，結(jié)合CT輸送的光纖和電力，利用電纜或機(jī)械修井工具提供持續(xù)的電力和實(shí)時(shí)遙測，為用戶定制各種修井服務(wù)和診斷應(yīng)用。
全球技術(shù)顧問Eric Bivens解釋說：“這種專業(yè)的相機(jī)能在井下應(yīng)用中提供直接的可視化應(yīng)用，讓我們能實(shí)際觀察到井筒內(nèi)發(fā)生的事情，幫助我們更好的了解操作參數(shù)，并在工作進(jìn)行中做出重要決策。我們可以準(zhǔn)確診斷井筒出現(xiàn)的問題，如開裂的接箍，以及對(duì)其進(jìn)行驗(yàn)證，如移動(dòng)套筒，這些服務(wù)與應(yīng)用已經(jīng)實(shí)現(xiàn)，從而提高了整體效率”。Bivens先生說：“這種相機(jī)已在俄克拉荷馬州的試油井中得到運(yùn)用，目前正計(jì)劃在北美市場進(jìn)行廣泛推廣，實(shí)施射孔集群檢查，以及集溫度與聲學(xué)剖面繪制于一體的綜合應(yīng)用。相機(jī)檢驗(yàn)?zāi)茏屛覀兏玫牧私饧盒省嗔哑鹗键c(diǎn)以及分流器提供均勻處理的能力”。
他還指出，“部署在14個(gè)國家的光譜服務(wù)在北美迅速推開，包括巴肯、二疊紀(jì)盆地和鷹福特頁巖儲(chǔ)層，在這些油田，石油公司正尋求提高帶有診斷功能的常規(guī)或補(bǔ)救性CT服務(wù)，優(yōu)化整體的油氣井作業(yè)”。他補(bǔ)充說：“有了這些新增的功能，我們能以更少的下井次數(shù)開展更多的應(yīng)用；通常，一次下井含蓋了CT修井及電測等多相應(yīng)用。我們可以對(duì)工具進(jìn)行更直接的控制，我們確切的知道井底傳感器工作的如何，而且，我們還能實(shí)時(shí)獲取大量井下數(shù)據(jù)。重要的是，按照不同的服務(wù)等級(jí)，我們可以根據(jù)石油公司的具體要求定制服務(wù)，井筒問題可以是可變的，可以通過定制的方案予以解決”。
例如，光譜融合組件有一個(gè)套管接箍定位器和伽馬射線傳感器，用來改善CT下深精度的定位，以便更精確的目標(biāo)射孔或化學(xué)處理。Bivens先生又說，對(duì)于堵塞磨銑，該系統(tǒng)能提供扭矩和鉆壓讀數(shù)，幫助阻止失速。“在巴肯頁巖作業(yè)中，已證明該系統(tǒng)在提供分布式和聲學(xué)剖面方面很有益，這種應(yīng)用可以改善完井策略，縮小學(xué)習(xí)曲線”。他接著說：“該平臺(tái)是以一種開放的體系結(jié)構(gòu)接口設(shè)計(jì)的，可與市場上的機(jī)械或電動(dòng)工具配套使用。哈里伯頓公司正在不斷拓展他的光譜服務(wù)組合，今年計(jì)劃推出兩個(gè)附加項(xiàng)目，應(yīng)對(duì)關(guān)鍵井的修井挑戰(zhàn)”。
捕捉井筒碎屑
安全清除井筒內(nèi)大量沙子和其它碎屑的效率是美國修井市場一個(gè)常見的問題，也是激勵(lì)貝克休斯GE公司（簡稱BHGE）2017年擴(kuò)展其矢量化年度洗井系統(tǒng)（VACS）應(yīng)用的驅(qū)動(dòng)因素，該系統(tǒng)有2 7/8”至10”的可用規(guī)格，這項(xiàng)服務(wù)可在超過4000ft深度下應(yīng)用，通常采用小型修井鉆機(jī)和油管實(shí)施現(xiàn)場作業(yè)。按常規(guī)方法泵入流體，但該系統(tǒng)通過一個(gè)噴嘴產(chǎn)生一個(gè)反循環(huán)流動(dòng)，以此捕捉碎屑，并在一次起下作業(yè)中將碎屑運(yùn)至地面。
圖4
圖4上左：哈里伯頓2018年10月推出的光譜360相機(jī)服務(wù)；圖4上右：采用 2 7/8”VACS系統(tǒng)在丹佛Julesburg盆地回收的沙屑，在清除碎屑過程中，此項(xiàng)服務(wù)將泵的使用壽命延長了9個(gè)多月；圖4下：BHGE的VACS系統(tǒng)井筒除沙效率極高。這種模塊化系統(tǒng)適用于各種應(yīng)用，不需要專業(yè)的繩索裝置或傳動(dòng)設(shè)備，操作時(shí)無需機(jī)械移動(dòng)或投球，該系統(tǒng)被部署在美國所有的主要盆地，目的是除去沙子和硬鐵硫化物碎屑以及洗井；BHGE期望采用該公司的塞銑技術(shù)對(duì)長水平段推廣塞銑服務(wù)。
全球產(chǎn)品線經(jīng)理Joeri Van Hove說：“有效清除沙屑可以減少后續(xù)作業(yè)，減少泵和整個(gè)井筒的維護(hù)間隔，降低運(yùn)營成本”；油井干預(yù)——洗井，“地層或裂縫沙經(jīng)常會(huì)流進(jìn)油層套管、堵塞射孔、降低井口壓力或?qū)е碌孛姹檬А⒔档途讐毫鸵种飘a(chǎn)量”。該系統(tǒng)還可在無法將沙屑舉升至地面的極低液柱工況下實(shí)施作業(yè)。
VACSPREdictor軟件可以支持作業(yè)計(jì)劃，該軟件可模擬井下環(huán)境，確定最佳操作參數(shù)，包括流量和壓力。Van Hove先生說：“井下環(huán)境的變化可立刻輸入軟件，以進(jìn)行必要的調(diào)整，確保最有效的洗井”。
2018年，在科羅拉多州的Denver-Julesburg盆地，一口壓力枯竭的水平完井的井，一個(gè)月內(nèi)曾因出沙量過大而導(dǎo)致兩臺(tái)泵失效，為了獲得良好除沙效果，模擬確定了正確的流量。2 7/8” VACS系統(tǒng)隨1000ft油管下入，從井底到水平段清除了3960ft的沙屑；除沙后，該井的一臺(tái)泵重新上線到位，再次投產(chǎn)，產(chǎn)量從每天16桶增至50桶。VACS系統(tǒng)使泵的壽命延長超過9個(gè)月。
該系統(tǒng)可與CT一起使用，這種方法采用現(xiàn)有的CT下入技術(shù)，通常被最初選用于大斜度井的修井作業(yè)，盡管這種方法會(huì)受到卷筒無法旋轉(zhuǎn)的限制，以及潤滑器長度的影響。Van Hove先生指出，“單靠泵抽往往是不夠的，因?yàn)樯匙佑幸粋€(gè)硬化的表面，必須被打破，一般修井鉆機(jī)上的動(dòng)力旋轉(zhuǎn)為每分鐘30-40轉(zhuǎn)。
圖5
圖5左：磨銑器RCB（reverse circulating bit）反循環(huán)鉆頭是一項(xiàng)最近推出的塞銑工具，是Welltec公司為磨銑過早形成裂縫堵塞和清除長水平段水泥夾層而推向美國市場的一項(xiàng)服務(wù)。右圖：Welltec公司正考慮在鷹福特頁巖的機(jī)械隔離再壓裂市場部署2 3/8”機(jī)械銑刀，以替代化學(xué)分流器方法。該工具能以光滑的斜面整齊地切割4”套管，允許通過切口部署射孔槍和堵塞，同時(shí)限制對(duì)其后面的原始套管造成損壞。
Van Hove先生繼續(xù)說：“在美國，對(duì)于眾多小的、不具備昂貴CT設(shè)備但又想有一個(gè)有效解決方案的獨(dú)立運(yùn)營商來說，VACS是理想的選擇；自然舉升對(duì)泵來說是件很難的事；而撈砂技術(shù)涉及在欠平衡狀態(tài)下下入一種工具，然后，投下一個(gè)球或破裂盤，讓工具捕獲流體和碎屑并將其帶到地面，撈砂技術(shù)是一個(gè)經(jīng)濟(jì)的選擇，但效率不高”。
繩索干預(yù)再獲復(fù)興
對(duì)于長期用于水平井修井服務(wù)而言，持續(xù)的注重降低成本和提高采收率也賦予了Welltec公司套餐解決方案新的應(yīng)用。美國及特立尼達(dá)和多巴哥地區(qū)副總裁Sid Kittur說：“特別是在高溫環(huán)境的井下，使用嚴(yán)苛的促產(chǎn)液以及水平段越來越長的環(huán)境下情況尤為如此”。
他指出：“在過去18個(gè)月的美國陸上市場，產(chǎn)量下降及后續(xù)開采激發(fā)了繩索干預(yù)的復(fù)興，包括牽引機(jī)輸送的堵塞研磨、管子切割和碎屑清理方案等。我們的設(shè)備和人員可以迅速動(dòng)員起來，為計(jì)劃外的干預(yù)做好準(zhǔn)備，而小規(guī)模作業(yè)一般需要對(duì)一個(gè)多井平臺(tái)的重型設(shè)備進(jìn)行最低限度的重新配置，這會(huì)降低成本，并能減少與干預(yù)直接相關(guān)的非生產(chǎn)時(shí)間（NPT），讓石油公司能夠同時(shí)促產(chǎn)其它油氣井”。
Welltec公司活躍在美國所有的非常規(guī)盆地，在二疊紀(jì)盆地，該公司的NACE順應(yīng)式設(shè)備能有效控制促產(chǎn)液中常出現(xiàn)的高濃度酸，而超過150C°的作業(yè)溫度在鷹福特頁巖是常見的問題。Kittur先生說：“在鷹福特頁巖作業(yè)時(shí)，客戶經(jīng)常要求我們干預(yù)方案的高溫版本。我們正在進(jìn)行多個(gè)工程項(xiàng)目，擴(kuò)大我們技術(shù)的溫度適用范圍，以滿足這些用戶的要求，同時(shí)，也讓我們能瞄準(zhǔn)美國其它溫度更高地下儲(chǔ)層。在高溫的巴肯頁巖，位移更長的水平段趨勢(shì)也對(duì)常規(guī)干預(yù)作業(yè)帶來了大的技術(shù)挑戰(zhàn)”。
除了圖5左圖展示的磨銑器RCB反循環(huán)鉆頭塞磨技術(shù)外，Welltec公司推向美國市場的另一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)是洗井器PST（Power Suction Tool）動(dòng)力吸取工具，用于井筒除沙和清理完井碎屑。為了進(jìn)一步擴(kuò)大除沙能力，Welltec公司最近推出一種帶噴嘴的干氣撈砂工具，該工具能防止碎屑聚集，將卡鉆風(fēng)險(xiǎn)降至最低。
Kittur先生又說：“在干氣環(huán)境下，這將提高除沙、清除堵塞殘余物和其它碎屑的效率，例如：在Marcellus頁巖，干氣井磨砂是一項(xiàng)大的挑戰(zhàn)”。一旦完成洗井，后續(xù)作業(yè)一般包括某種類型的井內(nèi)機(jī)械干預(yù)，2 3/8”機(jī)械銑刀開孔就是一個(gè)例子，見圖5右圖的解釋。2018年推出了5 3/4”銑刀，從2 7/8”至9 5/8”的套管都能進(jìn)行套管開孔作業(yè)，服務(wù)范圍得到了大幅擴(kuò)展。
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