Растворимая пробка для гидроразрыва пласта

При разработке нетрадиционных нефтегазовых ресурсов (особенно сланцевого газа и сланцевой нефти) гидроразрыв пласта является ключевой технологией. Запорные пробки, как важный инструмент для поэтапной изоляции, напрямую влияют на эффективность, стоимость и безопасность работ. Растворимые запорные пробки — это революционная технология, разработанная именно для решения проблем, присущих традиционным запорным пробкам.

Основные проблемы, с которыми сталкиваются традиционные мостовые заглушки

Традиционные мостовые заглушки (в основном композитные) играли решающую роль в прошлых применениях, но их присущие ограничения становятся все более очевидными в условиях современных требований к крупномасштабной и высокоэффективной эксплуатации:

1. Сложные и дорогостоящие буровые работы

После гидроразрыва пласта необходимо выбурить пробки для создания производственного канала. Сама буровая операция требует такого оборудования, как буровые установки или гибкие трубы, занимает значительное количество времени (обычно бурение и шлифовка нескольких пробок за один проход) и влечет за собой соответствующие затраты на аренду оборудования, рабочую силу и материалы. На горизонтальных участках длиной в тысячи метров общее время и экономические затраты на бурение и шлифовку десятков пробок значительны.

• Риск загрязнения скважины

В процессе бурения образуется большое количество металлических и композитных обломков. Если эти обломки не могут быть эффективно возвращены на поверхность, они легко накапливаются на дне скважины, образуя «слои обломков», блокируя добывающие каналы, снижая проницаемость пласта и серьезно влияя на последующую добычу нефти и газа.

• Высокий операционный риск

Бурение горизонтальных скважин представляет собой сложную задачу, сопряженную с многочисленными рисками, такими как застревание бурильной колонны, неполное бурение и засорение инструмента. Кроме того, обломки, образующиеся в процессе бурения, могут вызывать износ и повреждение скважинных насосов, клапанов и другого производственного оборудования.

• Низкая своевременность производства

 От завершения гидроразрыва пласта до бурения всех перемычек требуется длительный операционный цикл, что задерживает ввод в эксплуатацию нефтяных и газовых скважин и влияет на скорость окупаемости инвестиций.

Раствор для растворимых мостовидных пробок

Растворимая мостовидная пробка, созданная на основе концепций «умных материалов» и «контролируемого растворения», коренным образом меняет традиционный принцип работы мостовидных пробок: «закрепление-сверление-удаление». Ее ключевое решение:

Благодаря использованию специальных сплавов, способных к саморастворению в пластовой жидкости, процесс формирования мостовой пробки, включающий этапы «затвердевание – временное закупоривание – саморастворение – полное заполнение скважины», автоматизируется.

Конкретный путь решения выглядит следующим образом:

1. Решение проблем, связанных с бурением.

После выполнения своей временной закупоривающей функции растворимая мостиковая пробка постепенно растворяется и исчезает в скважинной среде без какого-либо вмешательства. Это полностью исключает процесс бурения, экономя до нескольких дней или даже недель операционного времени и миллионы на сопутствующих затратах.

• Решение проблем загрязнения скважин

Продукты растворения растворимой мостиковой пробки представляют собой в основном гидроксиды металлов (например, Mg(OH)₂) и следовые количества водорода. Эти продукты растворимы в воде и могут беспрепятственно выводиться с обратной жидкостью без образования твердых частиц, обеспечивая тем самым абсолютную чистоту и полный поток в скважине, создавая оптимальный канал для потока нефти и газа.

• Что касается операционных рисков и сроков производства,

 Поскольку не требуется никаких последующих буровых или шлифовальных работ, полностью исключаются связанные с этим инженерные риски. После гидроразрыва пласта основное оборудование на буровой площадке может быть демонтировано, и нефтегазовая скважина может быстро перейти в фазу добычи, что значительно сокращает цикл завершения бурения и повышает оперативность добычи.

Технические характеристики растворимых мостиковых пробок

Успешное применение растворимых мостиковых пробок зависит от ряда точных конструктивных особенностей, основанных на материаловедении и инженерных решениях:

1. Контролируемые характеристики растворения

Основной материал: В основном используются модифицированные магниевые и алюминиевые сплавы. Путем регулирования соотношения легирующих элементов, процессов термообработки и технологий обработки поверхности можно точно контролировать скорость растворения.

Механизм запуска: Процесс растворения зависит от конкретных условий в скважине, обычно требуя в качестве катализатора пластовой воды или жидкости для гидроразрыва (как правило, рассола, например, раствора KCl). Скорость растворения очень чувствительна к температуре, солености (концентрации хлорид-ионов) и значению pH. Инженеры проектируют мостовидные пробки с разным уровнем растворения в зависимости от профиля температуры на забое, чтобы обеспечить сохранение их структурной целостности во время гидроразрыва и инициировать и завершить растворение в заранее определенное время после завершения работ.

2. Превосходные механические характеристики и герметичность.

Высокая прочность и способность выдерживать давление: до растворения растворимые мостовидные пробки обладают механической прочностью, сравнимой с композитными мостовидными пробками, и способны выдерживать перепады давления 70-100 МПа или даже выше во время разрушения. Благодаря оптимизированной конструкции (например, интегрированным скользящим элементам и усиленным каркасам) они обеспечивают надежное закрепление и несущую способность на протяжении всего срока службы.

Высокоэффективная герметизация: как правило, с использованием высокотемпературных, устойчивых к давлению растворимых герметизирующих материалов (таких как специально модифицированные полимеры) или систем герметизации в сочетании с металлическими компонентами, они обеспечивают безупречную герметизацию корпуса при высоких температурах и давлении.

3. Полная очистка без остатков.

Это наиболее существенное преимущество растворимых мостиковых пробок. Процесс растворения происходит снаружи внутрь, от поверхности к керну, в конечном итоге приводя к полному растворению всех компонентов и отсутствию препятствий в стволе скважины. Это формирует идеальную проходческую колонну, максимизирующую площадь поперечного сечения, снижающую сопротивление потоку и повышающую коэффициент извлечения.

4. Широкая применимость

Современные растворимые мостовидные пробки предлагают широкий ассортимент продукции, адаптируемый к различным эксплуатационным потребностям, включая различные размеры обсадных труб, забойные температуры и процессы гидроразрыва пласта.

5. Экономия и эффективность

Хотя стоимость приобретения одной растворимой мостиковой пробки может быть выше, чем у традиционной, ее общие экономические преимущества — исключение буровых работ, сокращение использования оборудования, сокращение времени строительства производственных площадок, предотвращение повреждения пласта и повышение конечной извлекаемости — делают ее наиболее экономически выгодным вариантом для крупномасштабной разработки сланцевой нефти и газа.

Обслуживание на месте