Hydro-štěrbinová perforace - Hydro-slotted perforation

Hydro-drážkovací technologie perforace je proces otevírání produktivní formace skrz plášť a cementový plášť pro produkci toku ropného nebo plynného produktu (intenzifikace, stimulace). Proces se používá pro průmyslové vrtání od roku 1980 a zahrnuje použití podzemního hydraulického drážkovacího motoru (nástroj, zařízení). Tato technologie pomáhá minimalizovat kompresi stres Následující vrtání ve studni-otvor zóna (což snižuje propustnost v zóně).

Přehled

Od starověku, kdy zde byly první uhelné doly, bylo pozorováno, že zvyšováním hloubky rozvoje uhelného tunelu působením přetěžovacího tlaku byly okolní horniny tvrdší a málo propustné. Aby tento problém vyřešili, vyvinuli ve skále jeskyni určité formy. Modernější těžební geomechanika vysvětluje důvod výskytu tohoto jevu ve vztahu k vrtným studnám. Během jakéhokoli procesu vrtání ve vrtu se vytvářejí prstencové tlakové podmínky kolem zóny vrtu. Čím hlubší je studna, tím větší je tlak v nadloží, což znamená, že jsou větší podmínky prstencového tlakového napětí. Na skalách ležící v hloubce 3–5 km mohou tlaková napětí dosáhnout až 75–125 MPa. V zóně blízko studny se v důsledku koncentrace tato napětí zvyšují a někdy se rovnají dvojnásobku 150–250 MPa. Pokud tektonický napětí je několikanásobně vyšší než napětí z hmotnosti hornin, napětí v oblasti blízké studny mohou být ještě větší.

Působením stresových podmínek a vysokého tlaku nadloží dochází k významnému snížení propustnosti v blízké zóně vrtu, v některých případech téměř k nule. Proud oleje nebo plynu nemůže do studny proniknout. Tradiční metody otevírání produktivní vrstvy (kumulativní, trysková perforace, písková trysková perforace, abrazivní trysková perforace a další podobné metody) nepokládaly tuto komplikovanou situaci v zóně blízko studny, a proto nebyly účinné. Porézní a zlomené útvary jsou vystaveny tlaku, který deformuje skalní masiv a snižuje jeho propustnost. Čím větší hloubka, tím silnější účinek může být.

Hydro-štěrbinová perforace se zcela liší od tryskové (hydro-tryskové nebo pískovací) perforace. Energie pracovní kapaliny, která se skládá z tlaku vody (vrstva vody) a písku (brusný křemenný písek) v hydraulickém motoru, je rozdělena do dvou složek: pět procent energie jde na vytvoření plynulého rovnoměrného přímočarého pohybu pracovní tyče s perforátor a trysky (mezi dvěma a šesti tryskami) bez účasti na procesu multimetrové hadičky nebo hadicové cívky. Devadesát pět procent energie jde na řezání pokračujících a geometricky správných hlubokých slotů (až pět stop hluboko a současně mezi třemi a pěti sloty). Délka štěrbiny se rovná délce pracovního hřídele motoru, obvykle 0,00050 km.

Proces perforace pomocí hydro-štěrbin nedeformuje plášť, nevytváří trhliny v cementu a nezanáší hranice ve formaci.

Geometrie a hloubka štěrbin vytváří podmínky pro vznik účinku odlehčení podmínek kruhového napětí v blízké zóně vrtu (od 50 do 100 procent) a podle toho zvýšení propustnosti (až o 30 až 50 procent) v této zóně . Kromě toho tvoří velkou plochu průniku (2,93 m2) plocha pro jeden řez pouze se dvěma tryskami), která zajišťuje velmi dobré hydrodynamické spojení produktivní vrstvy se studnou.

Rychlost řezání lze korigovat podle teploty ve vrtu, teploty pracovní kapaliny, koncentrace, průtoku a tlaku. (tyto komponenty jsou dostatečné k úplné kontrole hloubky a délky řezu a tím k vytvoření štěrbin), k okamžitému proříznutí ocelovým pláštěm, přes cement k proniknutí do produktivní formace a udržení trysek v tomto stavu při pohybu podél vrt, udržující stejnou hloubku řezu. Na konci procesu řezání kontinuální drážkou je motor nastaven do výchozí polohy a je připraven na další interval řezání. Proces perforace pomocí hydro-štěrbin a hloubka řezu je řízen přívodem pracovní tekutiny, tlakem a koncentrací. Zařízení lze provozovat bez zvedání na povrch po dobu 11–15 hodin.

Hydro-štěrbinová perforace je ekologicky bezpečná, ekologická a efektivní cenově dostupná metoda pro zintenzivnění provozu v ropných, plynových, injektážních a hydrogeologických vrtech. Nyní je tato metoda široce používána v Ázerbajdžán, Brazílie, Čína, Východní a západní Sibiř, Jordán, Kazachstán, Komi republika, Sever Kavkaz, Rusko, Udmurtia, Ukrajina, Ural, Uzbekistán a Jemen. První zmínka o perforaci hydro-drážkování v Amerika, byl v roce 1987 na ropné a plynové konferenci v Texasu. První použití hydro-štěrbinové perforace v Spojené státy pochází z roku 1996, kdy spolu s Technologická společnost Shell E & P, objevil dvě studny (Abrasive Hydro jet Technology in Albert Load, Michigan ). Poté byla hydro-drážkovací perforace vysoce oceněna Katedra geofyziky na Stanford University a divizí průzkumu a produkce Shell společností Shell E&P Technology Company. Hydro-drážkovací perforace byla použita v Kalifornie, Kansas, Michigan, Montana, Nebraska, New York, Pensylvánie, Texas a Wyoming státy. v Kanada byl úspěšně použit v Saskatchewan.

Obecné pojmy

Pro otevření jakékoli produktivní vrstvy je nutné otevřít plášť, cementový plášť a vytvoření produktivní vrstvy. Geofyzika a geomechanika těžby diktovala další požadavky:

  • Zóna cementového pláště by měla být zcela otevřena a neměla by mít praskliny (aby se zabránilo možnému přetečení vody);
  • Produktivní tvorba vrstvy by měla být otevřena na maximum a v maximální hloubce. Současně by produktivní formace neměla mít ucpávání, ucpávání, injektáž, okluzivní a škvárové okraje, aby se vytvořilo vynikající hydrodynamické spojení produktivní vrstvy se studnou. Zahrnutí vyložení podmínek kruhového napětí kolem vrtu, které vznikly v důsledku vrtání, a zvýšení propustnosti (50–100 procent) v zóně blízkého vrtu (v důsledku první)

Na začátku 70. let 20. století zadalo ministerstvo geologie SSSR vládní nařízení vědeckovýzkumným institucím v zemi k řešení prstencových stresových podmínek a zvýšení problému propustnosti vrtných vrtů. Bylo nutné vytvořit technologii otevírání produktivního vytváření vrstev s přihlédnutím k nahrání podmínek prstencového napětí a zvýšení propustnosti v oblasti blízkého vrtu. Práce ke studiu tohoto problému byla přidělena Oceanologickému ústavu a VNIMI (St. Petersburg, Rusko ). Během studie byly provedeny stovky experimentů a matematických modelů. Bylo zjištěno, že pokud se vytvoří geometricky správná, rozšířená štěrbina, nasměrovaná podél vrtu a kolmo na něj na vzdálenost od asi 0,7 palce (18 mm) do 3,5 stopy (1,1 m), v zóně kolem vrtu, dochází k uvolnění prstencových tlakových podmínek z 50 na 100 procent, které jsou přesměrovány do vzdálené roviny povrchu vytvořené štěrbiny, rovnoběžné s povrchem vrtu. Zároveň se zvýšila propustnost v této zóně o 30 až 50 procent. Otvory po kumulativní perforaci tryskáním, perforaci pískovým paprskem, abrazivním tryskáním a dalšími podobnými způsoby nedávají účinek. Bodová perforace nevytvořila štěrbinu v plášti a nedosáhla požadované hloubky (efekt vykládky), protože zpětný paprsek zasahoval do přímého paprsku a maximální hloubka otvoru nemohla přesáhnout 0,65 stopy. Když dojde k perforaci s pohybem, přímý paprsek se neprotíná se zpětným paprskem a hloubka řezu může být mnohem větší (až pět stop), což je známé jako výkopový efekt. Později to bylo prokázáno matematicky.

Bylo nutné vytvořit zařízení, které by umožnilo pokračování, podél vrtu, štěrbin v plášti, cementování a jít dále do produktivní formace. Testy s pohybem hadic multimetru nebyly úspěšné, což ukazuje, že je nemožné vytvořit geometricky správné prodloužené štěrbiny s pohyblivými trubkami. Bylo nutné vytvořit aparát, který sám vytvořil pohyb řezacích trysek, nezávisle na hadičkách a umístěných na konci hadiček, přímo v rovné ploše. nezávislý pohyb řezacích trysek bylo možné provádět pouze mechanicky, elektricky nebo hydraulicky. Po dalších šesti měsících výzkumu a testování bylo rozhodnuto použít jako základ mechaniku a hydrauliku. První prototyp zařízení pro perforaci hydro-drážkování byl vytvořen v roce 1972. Technologie perforace pro hydro-drážkování nebyla nikdy nikomu prodána. Technologie perforace hydro-štěrbinami byla transformována do kategorie výkonných technik (jako technika provádění vrtání, kumulativní perforace, hydraulického štěpení, těžby dřeva, čerpání atd.).

Dokončení zařízení (prototypu) na konci roku 1972 bylo svěřeno speciální laboratoři Výzkumného ústavu oceánografie PSU „Sevmorgeo“.[1] Od začátku prací na revizi bylo stávající zařízení prováděno ve dvou směrech: hydro-štěrbinová perforace a hydro-mechanická štěrbinová perforace. Druhá varianta se liší od první v tom, že na začátku je otvor pláště vyroben kotoučovou pilou a poté se hornina eroduje tryskami pracovní kapaliny (voda a písek). Práce byly hotové během tří let. Práce na zdokonalení hydromechanické štěrbinové perforace byly ukončeny v důsledku jejich další nevhodnosti. Nejprve nebylo nutné rozdělit proces na dvě operace: řezání pláště pomocí kotoučové pily a další perforaci tryskáním, protože k řezání krytu tryskáním drážkou dochází během několika sekund. Za druhé, mechanismus kotoučové pily zabírá spoustu prostoru v bytové jednotce, nebylo možné použít energii pracovní tekutiny na plný výkon k získání hlubokých drážek, štěrbiny se zmenšují a nejsou hluboké (nestačí na to, že odlehčení podmínek prstencového tlaku a zvýšení propustnosti v zóně blízkého vrtu). Další projekt byl zaměřen na dokončení pouze hydro-štěrbinového perforačního zařízení.

V roce 1975 byla vědeckovýzkumná laboratoř Výzkumného oceánonologického ústavu PSU Sevmorgeo[1] dokončil projekt na vylepšení prototypu perforačního nástroje pro hydro-drážkování a tento nástroj byl schopen pracovat nezávisle na pohybu hadiček. Zařízení bylo 16 stop dlouhé, 4,9 m dlouhé, 10,2 cm OD, hmotnost 300 liber (140 kg) a délka zdvihu 0,5 stopy (0,15 m) a fungovalo na následujícím principu: energie práce tlak kapaliny byl rozdělen na dvě složky. Část energie byla použita na vytvoření pohybu pracovní tyče s perforátorem a tryskami; druhá část energie byla použita pro proces řezání (vytvoření pokračujících štěrbin podél vrtu skrz plášť a cement do produktivní formace). Tvar a hloubka štěrbin umožňovaly zařízení vykonávat jeho hlavní úkol, uvolňovat podmínky prstencového napětí a zvyšovat propustnost. První praktické testy v jamkách byly úspěšně provedeny na konci roku 1975 na poli „Archeda“ (Volgograd, Rusko).

Výhody

Schopnost zvětšit oblast rozvoje
  • Velmi hluboký průnik od tří do šesti stop
  • Vertikální propustnost
  • Pórovitost se zvyšuje čtyřikrát až pětkrát
  • Propustnost se zvyšuje 15krát
  • Drenáž hlasitost se zvyšuje šestkrát
Možnost přístupu k rezervám, které jsou jinak nepřístupné
  • V zásobnících umístěných v těsné blízkosti kontaktů voda, plyn a olej
  • Ve slabě propustných, těsně cementovaných nádržích
  • Ve zmeškaných vrstvách nebo ve vrstvách pokrytých dvěma nebo více sloupci
Jemný přístup se schopností opravit poškození vrtů
  • V uhličitanech uvolňuje jílové částice a jemné částice
  • V pískovcích snižuje problémy s pohyblivostí písku
  • V hlubinných pískech zmírňuje poškození přetlakem ze systémů bahenní hmotnosti
  • Nepraská plášť ani cement
  • Udržuje hydraulickou integritu bez detonačních nárazů
  • Přerozděluje napětí mimo zónu s dobrým vývrtem

Rozvoj

V období od prvního prototypu děrovacího nástroje s hydro-drážkováním do současnosti se výrazně zlepšily typové a technologické vlastnosti zařízení. Moderní podzemní hydro-drážkovací zařízení představuje zařízení, která jsou schopna okamžitě proříznout ocelové pouzdro, přes cement proniknout do produktivní formace a udržovat trysky v tomto stavu při pohybu podél vrtu při zachování stejné hloubky řezu. Hydro-drážkovací zařízení vyrobené ze speciálních vysoce pevných materiálů, 12 stop (3,7 m) dlouhé, 3,5 stop (110 cm) OD, hmotnost 180 liber (82 kg), řezná rychlost od bodu perforace do 0,7 palce (1,8 cm) za minutu, pracovní zdvih 0,50 m (1,50 m) x 0,64 m (0,50 m) x 1,97 palce (5,0 cm) každý slot), hloubka slotů pět stop, pokračování a geometricky správné sloty, otevírání plocha 63 čtverečních stop (5,9 m2) na řez se čtyřmi tryskami, může aplikovat aerodynamické perforátory mezi dvěma a šesti tryskami, uvolnění podmínek prstencového namáhání v zóně blízkého vrtu o 50 až 100 procent a zvýšení propustnosti o 30 až 50 procent. Kontinuální doba bez zvedání k povrchu je 11–15 hodin (životnost trysek ~ 15 hodin, perforátor ~ sedm studní, hydraulický motor ~ 40 studní).

Bez zvedání na povrch pomocí hydraulického drážkovacího nástroje můžete také:

  • řez na předchozí perforaci (kumulativní perforace)
  • kolmatační léčba
  • nakrájejte tenké vložené vrstvy
  • mini hydraulická stimulace zlomenin
  • vytvořte souvislý slot
  • rozřezat břidlici
  • přesný řez v blízkosti vodní nádrže nebo naproti ve vstřikovacích jamkách
  • obejít vodní vrstvy
  • obejít objímky pláště
  • nakrájejte několik obalů
  • chemické ošetření
  • těsnění, přímé a zpětné proplachování
  • tlakové zkoušky hadiček
  • odstřihněte plášť při opuštění

Proces perforace pomocí hydro-štěrbin nedeformuje plášť, nevytváří trhliny v cementu a nezanáší hranice ve formaci. Proces perforace hydro-drážkování je řízen. Rychlost a hloubku řezu lze korigovat podle teploty ve vrtu, teploty pracovní kapaliny, koncentrace, průtoku a tlaku. Na konci procesu řezání kontinuální drážky je motor nastaven do výchozí polohy a je připraven na další interval řezání. Hydro-drážkovací perforace nastavuje perfektní geometrii pro následné štěpení. Hydro-štěrbinovou perforaci lze použít v jakékoli formaci: břidlice, uhličitany, pískovec atd.

Další zdokonalování zařízení pro hydro-štěrbinovou perforaci musí sledovat vědecký a technický pokrok v této technologii, nikoli cestu bezduchého zvětšování otvorů v trubce vodních trysek. Je nutné vyrobit podzemní hydraulický motor pro vodorovné vrty, které musí být utěsněny, aby se zabránilo vnikání písku a bláta dovnitř a udržovala se středová poloha vzhledem k vrtu. Je nutné vyrobit samoorientační perforátor (obzvláště důležitá otázka orientace v horizontálních jamkách). Pro orientaci nástroje je nutná komunikace s nástrojem (nejlépe oboustranný) a povrchem jamky. S přihlédnutím ke specifickým podmínkám procesu perforace hydro-štěrbinou je signalizace z nástroje a zpět možná pouze pomocí ultrazvuku. Potom lze proces řezání plně ovládat z povrchu a bude možné změnit rychlost a hloubku řezání štěrbin bez ohledu na teplotu uvnitř jamky.

Patenty

V průběhu let tato metoda neprošla mnoha změnami, ale existuje mnoho patentů na metodu hydro-drážkovací perforace. S rozvojem technologického pokroku bylo neustále zdokonalováno a vylepšováno zařízení, ale patenty, pokud jde o hydro-drážkovací zařízení v plném rozsahu, nejsou tolik, existuje několik patentů na součásti.

  • Patenty Spojených států pro kompletní perforační zařízení pro hydro-drážkování: US 8240369 B1, US 31 084
  • Podobné patenty Spojených států: US3130786, US4227582, US5337825, US6651741, US7073587, US7140429, US7568525, US20070187086, US20090101414, USRE21085, 166 / 55,2, 166/298 a E21B43 / 114
  • Patent USA na metodu perforace hydro-drážkováním: US 20130105163 A1
  • Podobné americké patenty: US3130786, US4047569, US4134453, US5445220, US6564868, US7568525 a US20050269100

Reference

  1. ^ A b Časopis pro ropný a plynárenský průmysl, Leden 2008[úplná citace nutná ]