就像太陽每天升起和落下一樣，在某個時刻，所有的油氣井都需進行修井作業(yè)，以維持或提高產量。采用電纜、連續(xù)油管或強行下油管裝置執(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，替換井下設備，修井作業(yè)是油田壽命的一個現實性問題。自動化集成化設備、強大的診斷功能及繩索干預的復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，通過連續(xù)油管（coiled tubing, 簡稱CT）一并輸送光纖和電力，使用電纜或機械修井工具提供持續(xù)的電力和實時遙測，為用戶定制各種井的修井服務和診斷應用。
圖1
為了滿足石油公司關鍵優(yōu)先事項“效率”的要求，通常，具備自動化、集成化設備的專業(yè)服務公司才能滿足當今油氣井環(huán)境的嚴苛要求，新的電纜應用和強大的診斷工具能對井下發(fā)生的情況有一個更清晰的了解。在美國的非傳統(tǒng)陸上市場，大直徑的CT仍是修井作業(yè)的一個支柱性應用，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，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格的資金流限制范圍內工作，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)境中獲得更多的產量。為此，修井服務公司通過專注于更高效率和增強設備效能的方法來予以應對”。這家服務公司自2008年以來擴大了旗下的鉆井業(yè)務，包括電纜、修井及CT應用服務。
修井業(yè)務的新亮點
重點是提高效率和增強設備的效能，以應對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性能，以較少的起下次數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。
更長的水平段會使設備更長時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)噴頭的動力水龍頭和功率高達10000psi壓力的控制裝置作為修井設備，而用于電纜和CT服務的壓力甚至會更高。佩尼亞先生解釋說：“客戶對設備也非常感興趣，這能使我們的作業(yè)更安全，而且，還能培訓我們的雇員”。
開拓者能源服務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，這些鉆機的天車向外探出，鉆臺也向外擴展了許多，這些設備使鉆臺的作業(yè)空間增大，這讓游車的操作更安全。這些鉆機的井架較高，鉆臺與司鉆操作臺一并設計，使得鉆臺能升至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馬力的鉆機包括BOP安全控制與隔離以及BOP輔助關井系統(tǒng)。圖2中的左圖：開拓者能源服務公司的員工們正使用修井鉆機在一口鷹福特頁巖井進行生產油管的下井作業(yè)；右圖：該公司一部修井鉆機正在一口鷹福特頁巖井進行施工作業(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)務提供了一個寬泛的專業(yè)套餐服務。補救性電纜修井服務包括測井作業(yè)——含套管和裸眼井段——機械服務、管子回收與疏通。最近的趨勢是由于井筒阻塞而進行的修井或裂縫疏通作業(yè)。“在一些井距較密的成熟構造，新井的壓裂可能會影響附近的一些生產井，需要起出抽油桿和油管，對井進行除沙疏通”。
開拓者公司還經營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，被設計為對一些在產的生產井利用小直徑油管對其進行補救性修復的工具。當今，利用大直徑管子是鉆除堵塞和修復水平井最快的方法之一”。
他繼續(xù)說：“石油公司一直在進行極限測試，以確定最佳的水平段修復長度。數據顯示，水平段長度一直在增加，正常的修復長度一般在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長度超過了17000ft，有些在15000至17000ft之間。不過，當鉆一個15800ft左右的水平段涉及到風險和成本時，存在著一個逐漸遞減的回報點，井的修復會變得更為復雜，費用也會更高”。
輸送大直徑CT
由于要求洗井液需有良好的水力學性能，以較少的起下次數清除大位移井的障礙物，往復移動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)務的70%以上。今天，我們70%以上的業(yè)務使用的是2 3/8” 或更大一點的管具”。該公司在美國大多數頁巖區(qū)塊提供服務，包括二疊紀盆地、中部大陸的SCOOP/STACK構造，以及阿巴拉契亞地區(qū)的馬塞勒斯和尤蒂卡頁巖構造。
Cudd公司的銷售經理克里斯·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量和縮小開采段的間距，這將增加堵塞的數量和清理支撐劑的數量”針對這一趨勢，Cudd能源服務公司增強了使用管子容量的現有CT設備，使其能抵達延伸的水平段長度，并在今年增加8套體現最先進水平的2 5/8” 能勝任的CT裝置。Cudd公司還正在推出自動化的、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)，不再需要更多的現場人員處理和混合洗井所需的化學藥劑。施耐德先生說：“現場人員越少，安全風險就越低，這樣也會簡化作業(yè)流程”。
他解釋說：“不過，隨著材料的構成和延伸至極限的管柱設計，以及25000ft或更長的大型CT卷筒合法運輸的公路限重，人們也越來越傾向于修井鉆機和強行下油管裝置，這類修井鉆機使用傳統(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”，更容易用卡車運輸”。
Cudd公司還擁有一支修井隊，有5套獨立的和9套鉆機輔助的強行下油管裝置，與修井鉆機相比，強行下油管裝置可在保持井正在生產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：“通過強行下油管裝置來控制壓力，我們可以讓井流動起來，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能源服務公司裝配好的液壓修井裝置，正在進行下油管作業(yè)；右圖：與此同時，CT裝置還在進行洗井作業(yè)，作為完井的最后一個步驟。
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立式強行下油管裝置，并計劃通過融入更多自動化技術和設備組件來升級其它兩套獨立裝置的性能，這種升級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)境的評價記錄與我們所做的一樣高，因為，這是個不錯的生意”。施耐德先生表示：“Cudd公司提供了一些特殊服務，如閘閥鉆、井口冷凍和熱汲取服務，用于地面和井口設備的修復，既可修復井口問題，也可緩解被困壓力”。
提高診斷效率
為了幫助滿足業(yè)界對效率、可靠性和地下感知的要求，實現最大化資源開采，哈里伯頓公司通過2018年8月推出的光譜 360服務，增強了光譜實時CT服務組合的診斷能力。這是一個實時、高分辨率、360°視野的流水式相機。這種相機與光譜融合服務相配對，結合CT輸送的光纖和電力，利用電纜或機械修井工具提供持續(xù)的電力和實時遙測，為用戶定制各種修井服務和診斷應用。
全球技術顧問Eric Bivens解釋說：“這種專業(yè)的相機能在井下應用中提供直接的可視化應用，讓我們能實際觀察到井筒內發(fā)生的事情，幫助我們更好的了解操作參數，并在工作進行中做出重要決策。我們可以準確診斷井筒出現的問題，如開裂的接箍，以及對其進行驗證，如移動套筒，這些服務與應用已經實現，從而提高了整體效率”。Bivens先生說：“這種相機已在俄克拉荷馬州的試油井中得到運用，目前正計劃在北美市場進行廣泛推廣，實施射孔集群檢查，以及集溫度與聲學剖面繪制于一體的綜合應用。相機檢驗能讓我們更好的了解集群效率、斷裂起始點以及分流器提供均勻處理的能力”。
他還指出，“部署在14個國家的光譜服務在北美迅速推開，包括巴肯、二疊紀盆地和鷹福特頁巖儲層，在這些油田，石油公司正尋求提高帶有診斷功能的常規(guī)或補救性CT服務，優(yōu)化整體的油氣井作業(yè)”。他補充說：“有了這些新增的功能，我們能以更少的下井次數開展更多的應用；通常，一次下井含蓋了CT修井及電測等多相應用。我們可以對工具進行更直接的控制，我們確切的知道井底傳感器工作的如何，而且，我們還能實時獲取大量井下數據。重要的是，按照不同的服務等級，我們可以根據石油公司的具體要求定制服務，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，以便更精確的目標射孔或化學處理。Bivens先生又說，對于堵塞磨銑，該系統(tǒng)能提供扭矩和鉆壓讀數，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剖面方面很有益，這種應用可以改善完井策略，縮小學習曲線”。他接著說：“該平臺是以一種開放的體系結構接口設計的，可與市場上的機械或電動工具配套使用。哈里伯頓公司正在不斷拓展他的光譜服務組合，今年計劃推出兩個附加項目，應對關鍵井的修井挑戰(zhàn)”。
捕捉井筒碎屑
安全清除井筒內大量沙子和其它碎屑的效率是美國修井市場一個常見的問題，也是激勵貝克休斯GE公司（簡稱BHGE）2017年擴展其矢量化年度洗井系統(tǒng)（VACS）應用的驅動因素，該系統(tǒng)有2 7/8”至10”的可用規(guī)格，這項服務可在超過4000ft深度下應用，通常采用小型修井鉆機和油管實施現場作業(yè)。按常規(guī)方法泵入流體，但該系統(tǒng)通過一個噴嘴產生一個反循環(huán)流動，以此捕捉碎屑，并在一次起下作業(yè)中將碎屑運至地面。
圖4
圖4上左：哈里伯頓2018年10月推出的光譜360相機服務；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，此項服務將泵的使用壽命延長了9個多月；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)適用于各種應用，不需要專業(yè)的繩索裝置或傳動設備，操作時無需機械移動或投球，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對長水平段推廣塞銑服務。
全球產品線經理Joeri Van Hove說：“有效清除沙屑可以減少后續(xù)作業(yè)，減少泵和整個井筒的維護間隔，降低運營成本”；油井干預——洗井，“地層或裂縫沙經常會流進油層套管、堵塞射孔、降低井口壓力或導致地面泵失效、降低井底壓力和抑制產量”。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施作業(yè)。
VACSPREdictor軟件可以支持作業(yè)計劃，該軟件可模擬井下環(huán)境，確定最佳操作參數，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，以進行必要的調整，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，一個月內曾因出沙量過大而導致兩臺泵失效，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，該井的一臺泵重新上線到位，再次投產，產量從每天16桶增至50桶。VACS系統(tǒng)使泵的壽命延長超過9個月。
該系統(tǒng)可與CT一起使用，這種方法采用現有的CT下入技術，通常被最初選用于大斜度井的修井作業(yè)，盡管這種方法會受到卷筒無法旋轉的限制，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，因為沙子有一個硬化的表面，必須被打破，一般修井鉆機上的動力旋轉為每分鐘30-40轉。
圖5
圖5左：磨銑器RCB（reverse circulating bit）反循環(huán)鉆頭是一項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服務。右圖：Welltec公司正考慮在鷹福特頁巖的機械隔離再壓裂市場部署2 3/8”機械銑刀，以替代化學分流器方法。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，同時限制對其后面的原始套管造成損壞。
Van Hove先生繼續(xù)說：“在美國，對于眾多小的、不具備昂貴CT設備但又想有一個有效解決方案的獨立運營商來說，VACS是理想的選擇；自然舉升對泵來說是件很難的事；而撈砂技術涉及在欠平衡狀態(tài)下下入一種工具，然后，投下一個球或破裂盤，讓工具捕獲流體和碎屑并將其帶到地面，撈砂技術是一個經濟的選擇，但效率不高”。
繩索干預再獲復興
對于長期用于水平井修井服務而言，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用。美國及特立尼達和多巴哥地區(qū)副總裁Sid Kittur說：“特別是在高溫環(huán)境的井下，使用嚴苛的促產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個月的美國陸上市場，產量下降及后續(xù)開采激發(fā)了繩索干預的復興，包括牽引機輸送的堵塞研磨、管子切割和碎屑清理方案等。我們的設備和人員可以迅速動員起來，為計劃外的干預做好準備，而小規(guī)模作業(yè)一般需要對一個多井平臺的重型設備進行最低限度的重新配置，這會降低成本，并能減少與干預直接相關的非生產時間（NPT），讓石油公司能夠同時促產其它油氣井”。
Welltec公司活躍在美國所有的非常規(guī)盆地，在二疊紀盆地，該公司的NACE順應式設備能有效控制促產液中常出現的高濃度酸，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，客戶經常要求我們干預方案的高溫版本。我們正在進行多個工程項目，擴大我們技術的溫度適用范圍，以滿足這些用戶的要求，同時，也讓我們能瞄準美國其它溫度更高地下儲層。在高溫的巴肯頁巖，位移更長的水平段趨勢也對常規(guī)干預作業(yè)帶來了大的技術挑戰(zhàn)”。
除了圖5左圖展示的磨銑器RCB反循環(huán)鉆頭塞磨技術外，Welltec公司推向美國市場的另一項關鍵技術是洗井器PST（Power Suction Tool）動力吸取工具，用于井筒除沙和清理完井碎屑。為了進一步擴大除沙能力，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，將卡鉆風險降至最低。
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機械干預，2 3/8”機械銑刀開孔就是一個例子，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”的套管都能進行套管開孔作業(yè)，服務范圍得到了大幅擴展。
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