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非傳統(tǒng)油氣資源開(kāi)發(fā)正步入快速發(fā)展軌道，正在迅速重塑我們所知的技術(shù)，持續(xù)提升產(chǎn)業(yè)業(yè)績(jī)，鼓勵(lì)競(jìng)爭(zhēng)與創(chuàng)新。但在一項(xiàng)新技術(shù)可能成為行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)之前，必須克服其過(guò)程中的成長(zhǎng)或?qū)W習(xí)曲線。了解可溶解壓裂塞可能不溶解的原因有助于供應(yīng)商應(yīng)對(duì)作業(yè)挑戰(zhàn)，為運(yùn)營(yíng)商或石油公司提供更好的經(jīng)驗(yàn)。本文向大家介紹一項(xiàng)可溶解的井下技術(shù)，特別是2016年初在將其引入中國(guó)市場(chǎng)時(shí)遭遇的挑戰(zhàn)與失敗。
 
三年前，中國(guó)擴(kuò)大了頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)的規(guī)模，為了使產(chǎn)量最大化，水平段鉆的比以前更長(zhǎng)。不過(guò)，這帶來(lái)了一些問(wèn)題，例如：井眼不穩(wěn)定、套管損壞／變形、有限的連續(xù)油管碾磨超出了安全操作范圍、以及使用傳統(tǒng)的復(fù)合壓裂塞的高研磨成本等。Vertechs石油天然氣技術(shù)有限公司看到了這一機(jī)會(huì)，推出了專用于完井的可溶解技術(shù)。圖1，當(dāng)壓裂塞泵入井眼時(shí)，井下溫度明顯降低。之后，當(dāng)壓裂塞就位或設(shè)定好時(shí)，溫度開(kāi)始恢復(fù)。如果裂縫延遲開(kāi)裂，最好向井下泵入附加的表面溫度液進(jìn)行冷卻，以降低壓裂塞的溶解速度。
 
圖1
 
傳統(tǒng)的復(fù)合壓裂塞是可靠的，但在油氣開(kāi)采之前將其碾出可能非常昂貴。水平段鉆進(jìn)長(zhǎng)度的延長(zhǎng)也限制了連續(xù)油管的安全操作范圍。設(shè)計(jì)可溶解的壓裂塞是為了在壓裂作業(yè)后使其能溶解在井筒流體中，從而消除銑削或研磨的需要。讓我們來(lái)假設(shè)一下送至運(yùn)營(yíng)商的可溶解壓裂塞的情形。在泵入、就位和壓裂過(guò)程中一切都進(jìn)行的很順利，但在一天的結(jié)束時(shí)，壓裂塞沒(méi)有溶解，這對(duì)供應(yīng)商來(lái)說(shuō)是個(gè)噩夢(mèng)。
 
首先，讓我們看看是什么使可溶解壓裂塞溶解的，這些壓裂塞一般是由可溶解材料（可溶解金屬或聚乙醇酸，主要是鋁-鎂基材料）以及可溶解的彈性體組成。在井筒流體存有電解溶液的情況下，可溶解金屬通過(guò)一種被稱為電偶反應(yīng)的電化學(xué)反應(yīng)使其腐蝕，反應(yīng)速度受氯化物濃度、溫度、與流體接觸的表面積、以及可溶解金屬的陰極濃度等因素影響。圖2，支撐劑／沙子對(duì)可溶解壓裂賽的溶解速度有很大影響，例如，下部地層中的支撐劑可以從裂縫遷移至井筒中，在壓裂塞處形成一種沙包。
 
 
圖2
 
考慮到這些情況，上述任何一種因素都可能會(huì)被用來(lái)控制靜態(tài)條件下壓裂塞的溶解速度。從運(yùn)營(yíng)商那兒收集關(guān)鍵信息，模擬井下環(huán)境，確保在完成壓裂前保持壓裂塞最小的溶解。然后，隨著井下溫度的恢復(fù)而開(kāi)始溶解。不過(guò)，井下環(huán)境和現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)狀況是動(dòng)態(tài)的。
 
在泵入壓裂塞撐開(kāi)裂縫時(shí)，大量的擁有表面溫度的流體被注入井筒，圖1顯示當(dāng)壓裂塞進(jìn)入井眼時(shí)，井下溫度會(huì)顯著降低，一旦壓裂塞到達(dá)預(yù)定位置，射孔槍射孔，之后被起出井眼，然后，接好設(shè)備準(zhǔn)備壓裂。在這期間，井下溫度開(kāi)始恢復(fù)。如果壓裂延遲，最好向井下泵入附加的表面溫度液冷卻井筒，以降低壓裂塞的溶解速度。當(dāng)壓裂開(kāi)始時(shí)，井下溫度會(huì)再次降低，一旦完成壓裂，井下溫度會(huì)慢慢恢復(fù)。
 
由于所設(shè)計(jì)的可溶解壓裂塞是在再加熱階段溶解的，而壓裂塞完全溶解所需的時(shí)間取決于塞的溫度，因此，必須認(rèn)識(shí)到，井下溫度將恢復(fù)到一個(gè)溫度點(diǎn)，這個(gè)溫度點(diǎn)會(huì)加速壓裂塞的溶解速度。然而，地層溫度的恢復(fù)速度受泵排量、注入裂縫的流體總量和裂縫的大小等因素影響。
 
對(duì)于每一個(gè)要處理的地層，這些變量可能是不同的，可能會(huì)導(dǎo)致溫度恢復(fù)的變化，換句話說(shuō)，何時(shí)井下溫度會(huì)恢復(fù)到使壓裂塞溶解所需的溫度，沒(méi)辦法100%確定其準(zhǔn)確性。反排井筒流體的氯離子濃度也是如此。由于上述的動(dòng)態(tài)變化，井筒流體的氯離子濃度遠(yuǎn)低于預(yù)期值，因此，減緩了壓裂塞的溶解速度。
 
除了溫度和氯化物濃度外，還有其他一些影響因素，想象一下，假如壓裂塞在其位置處是牢固的，被井筒流體覆蓋（與套管接觸的井壁部分除外），壓裂塞的成分應(yīng)根據(jù)這口井的溫度和氯化物的濃度精心選擇，該井處理完后，其溫度正在從壓裂期間的冷卻效果中恢復(fù)，那壓裂塞為什么未溶解呢？井筒中還有什么會(huì)干擾溶解過(guò)程呢？答案很可能是支撐劑／沙子。
 
完井處理后，井被關(guān)閉。當(dāng)裂縫閉合時(shí)，閉合應(yīng)力會(huì)導(dǎo)致支撐劑向井筒方向移動(dòng)或外溢，更不用說(shuō)壓裂期間出現(xiàn)篩分時(shí)的情景了，中國(guó)施工人員通常會(huì)讓井反排，試圖重新建立良好的泵速。反排期間，較低層位中的支撐劑很可能會(huì)從裂縫中逃離，遷移至井筒中。在壓裂塞處形成沙包，將其與井筒流體隔離開(kāi)。
 
可能有人認(rèn)為支撐劑是可滲透的，就像沙灘上的沙子。如果把手伸進(jìn)沙子中把沙子挖出來(lái)，沙子是濕的。即使壓裂塞被支撐劑完全覆蓋，它仍與井筒流體有接觸，對(duì)于壓裂塞而言，這是一個(gè)不利條件，因?yàn)閴毫讶赡芪磁c井筒流體完全隔離，但壓裂塞的溶解速度會(huì)受到影響。
 
Vertechs石油天然氣技術(shù)公司測(cè)試了這一理論，將一大塊可溶解的金屬放入一個(gè)短節(jié)中，將其充滿沙子并反排流體，然后將其加熱和加壓，以模擬井下環(huán)境。雖然在實(shí)際的井中數(shù)字會(huì)有所不同，但結(jié)果與預(yù)期的相同。在這種情況下，在與另一個(gè)未用沙子覆蓋的金屬樣品相比較時(shí)，溶解速度下降了57%。
 
在其它現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中，也已證明了這些壓裂塞未完全溶解的情形是由壓裂塞處的沙包引起的，沙包影響了溶解過(guò)程。在井反排20天后，該公司從打撈器中收集到了幾大塊可溶解的金屬，利用這些碎片，在同一口井60%的井下溫度下，利用反排流體進(jìn)行了溶解測(cè)試，所有碎片在不到20小時(shí)內(nèi)完全溶解了。這些測(cè)試結(jié)果與先前的假設(shè)和測(cè)試結(jié)果相吻合。
 
攻克疑點(diǎn)
 
過(guò)去三年以來(lái)，學(xué)習(xí)一直在繼續(xù)。通過(guò)加深對(duì)作業(yè)需求的理解，已取得了顯著改進(jìn)。涂層技術(shù)已用于可溶解的壓裂塞，以防在泵抽反排時(shí)壓裂塞過(guò)早溶解。針對(duì)套管識(shí)別限制的挑戰(zhàn)已提供了解決方案，與運(yùn)營(yíng)商進(jìn)行了密切合作，以規(guī)劃反排方案，使油井更快投入生產(chǎn)。
 
為了掌握學(xué)習(xí)曲線，優(yōu)化可溶解壓裂塞的力學(xué)平衡和化學(xué)平衡是非常必要的。然而，一些運(yùn)營(yíng)商仍對(duì)可溶解技術(shù)持懷疑態(tài)度，很可能他們?cè)谠囘\(yùn)用中效果很差，或者他們的供應(yīng)商沒(méi)有就可溶解技術(shù)的性能與他們進(jìn)行過(guò)徹底的溝通。可溶解壓裂塞是一個(gè)高度可定制的產(chǎn)品，不過(guò)，簡(jiǎn)單地照搬傳統(tǒng)復(fù)合壓裂塞的設(shè)計(jì)，用可溶解材料取代其成分，這在業(yè)界仍是相當(dāng)普遍的做法，希望獲得最好的效果。
 
對(duì)于提供可溶解壓裂塞的供應(yīng)商來(lái)說(shuō)，為了掌握學(xué)習(xí)曲線，必須優(yōu)化產(chǎn)品的力學(xué)與化學(xué)平衡。2018年，在經(jīng)歷了多倫挫折和挑戰(zhàn)之后，超過(guò)3000套向?qū)涂扇芙鈮毫讶谥袊?guó)的頁(yè)巖井中成功投入使用。運(yùn)營(yíng)商在整個(gè)水平段運(yùn)用的這些壓裂塞（每口井20-35個(gè)階段），沒(méi)有出現(xiàn)任何問(wèn)題。在其作業(yè)中替換了復(fù)合壓裂塞，大大降低了成本和作業(yè)時(shí)間。