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非傳統(tǒng)油氣資源開發(fā)正步入快速發(fā)展軌道，正在迅速重塑我們所知的技術，持續(xù)提升產(chǎn)業(yè)業(yè)績，鼓勵競爭與創(chuàng)新。但在一項新技術可能成為行業(yè)標準之前，必須克服其過程中的成長或學習曲線。了解可溶解壓裂塞可能不溶解的原因有助于供應商應對作業(yè)挑戰(zhàn)，為運營商或石油公司提供更好的經(jīng)驗。本文向大家介紹一項可溶解的井下技術，特別是2016年初在將其引入中國市場時遭遇的挑戰(zhàn)與失敗。
 
三年前，中國擴大了頁巖氣開發(fā)的規(guī)模，為了使產(chǎn)量最大化，水平段鉆的比以前更長。不過，這帶來了一些問題，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)的復合壓裂塞的高研磨成本等。Vertechs石油天然氣技術有限公司看到了這一機會，推出了專用于完井的可溶解技術。圖1，當壓裂塞泵入井眼時，井下溫度明顯降低。之后，當壓裂塞就位或設定好時，溫度開始恢復。如果裂縫延遲開裂，最好向井下泵入附加的表面溫度液進行冷卻，以降低壓裂塞的溶解速度。
 
圖1
 
傳統(tǒng)的復合壓裂塞是可靠的，但在油氣開采之前將其碾出可能非常昂貴。水平段鉆進長度的延長也限制了連續(xù)油管的安全操作范圍。設計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。讓我們來假設一下送至運營商的可溶解壓裂塞的情形。在泵入、就位和壓裂過程中一切都進行的很順利，但在一天的結束時，壓裂塞沒有溶解，這對供應商來說是個噩夢。
 
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，可溶解金屬通過一種被稱為電偶反應的電化學反應使其腐蝕，反應速度受氯化物濃度、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被用來控制靜態(tài)條件下壓裂塞的溶解速度。從運營商那兒收集關鍵信息，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而開始溶解。不過，井下環(huán)境和現(xiàn)場作業(yè)狀況是動態(tài)的。
 
在泵入壓裂塞撐開裂縫時，大量的擁有表面溫度的流體被注入井筒，圖1顯示當壓裂塞進入井眼時，井下溫度會顯著降低，一旦壓裂塞到達預定位置，射孔槍射孔，之后被起出井眼，然后，接好設備準備壓裂。在這期間，井下溫度開始恢復。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。當壓裂開始時，井下溫度會再次降低，一旦完成壓裂，井下溫度會慢慢恢復。
 
由于所設計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間取決于塞的溫度，因此，必須認識到，井下溫度將恢復到一個溫度點，這個溫度點會加速壓裂塞的溶解速度。然而，地層溫度的恢復速度受泵排量、注入裂縫的流體總量和裂縫的大小等因素影響。
 
對于每一個要處理的地層，這些變量可能是不同的，可能會導致溫度恢復的變化，換句話說，何時井下溫度會恢復到使壓裂塞溶解所需的溫度，沒辦法100%確定其準確性。反排井筒流體的氯離子濃度也是如此。由于上述的動態(tài)變化，井筒流體的氯離子濃度遠低于預期值，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，那壓裂塞為什么未溶解呢？井筒中還有什么會干擾溶解過程呢？答案很可能是支撐劑／沙子。
 
完井處理后，井被關閉。當裂縫閉合時，閉合應力會導致支撐劑向井筒方向移動或外溢，更不用說壓裂期間出現(xiàn)篩分時的情景了，中國施工人員通常會讓井反排，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。
 
可能有人認為支撐劑是可滲透的，就像沙灘上的沙子。如果把手伸進沙子中把沙子挖出來，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，對于壓裂塞而言，這是一個不利條件，因為壓裂塞可能未與井筒流體完全隔離，但壓裂塞的溶解速度會受到影響。
 
Vertechs石油天然氣技術公司測試了這一理論，將一大塊可溶解的金屬放入一個短節(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。雖然在實際的井中數(shù)字會有所不同，但結果與預期的相同。在這種情況下，在與另一個未用沙子覆蓋的金屬樣品相比較時，溶解速度下降了57%。
 
在其它現(xiàn)場應用中，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，利用反排流體進行了溶解測試，所有碎片在不到20小時內完全溶解了。這些測試結果與先前的假設和測試結果相吻合。
 
攻克疑點
 
過去三年以來，學習一直在繼續(xù)。通過加深對作業(yè)需求的理解，已取得了顯著改進。涂層技術已用于可溶解的壓裂塞，以防在泵抽反排時壓裂塞過早溶解。針對套管識別限制的挑戰(zhàn)已提供了解決方案，與運營商進行了密切合作，以規(guī)劃反排方案，使油井更快投入生產(chǎn)。
 
為了掌握學習曲線，優(yōu)化可溶解壓裂塞的力學平衡和化學平衡是非常必要的。然而，一些運營商仍對可溶解技術持懷疑態(tài)度，很可能他們在試運用中效果很差，或者他們的供應商沒有就可溶解技術的性能與他們進行過徹底的溝通?？扇芙鈮毫讶且粋€高度可定制的產(chǎn)品，不過，簡單地照搬傳統(tǒng)復合壓裂塞的設計，用可溶解材料取代其成分，這在業(yè)界仍是相當普遍的做法，希望獲得最好的效果。
 
對于提供可溶解壓裂塞的供應商來說，為了掌握學習曲線，必須優(yōu)化產(chǎn)品的力學與化學平衡。2018年，在經(jīng)歷了多倫挫折和挑戰(zhàn)之后，超過3000套向導型可溶解壓裂塞在中國的頁巖井中成功投入使用。運營商在整個水平段運用的這些壓裂塞（每口井20-35個階段），沒有出現(xiàn)任何問題。在其作業(yè)中替換了復合壓裂塞，大大降低了成本和作業(yè)時間。