Wenn Sie Ihre Perforationen in eine Linie bringen, kann das mehr bedeuten

Möchten Sie mehr Produktion aus einer Schieferbohrung? Erwägen Sie, die Perforationen auszurichten.

Eine Handvoll Redner auf der jüngsten SPE Hydraulic Fracturing Technology Conference sprachen über verbesserte Frakturierungsergebnisse durch orientiertes Perforieren – das Bohren der Löcher an der gleichen Stelle im Gehäuse, oft an der Oberseite.

Dies unterscheidet sich von Designs, bei denen die Löcher in einem spiralförmigen Muster angeordnet waren, wobei jede Ladung um 60° zur vorherigen abgewinkelt war.

„Wir haben Anzeichen dafür gesehen, dass wir durch die orientierte Perforierung eine bessere Produktion erzielen“, sagte Blake Horton, leitender Fertigstellungsingenieur bei Ovintiv (SPE 204177).

Produktionssteigerungen wurden auch von ConocoPhillips gemeldet, das die Produktion aus ähnlichen Bohrlöchern mit und ohne orientierte Perforierung verglich. Die Analyse wurde entwickelt, um Unterschiede in der Geologie, den Bohrungen und den Fertigstellungen herauszufiltern.

Es kam zu dem Schluss, dass der Wert der zusätzlichen Produktion die Kosten von 20.000 US-Dollar pro Bohrloch für die Installation der Baugruppe, einschließlich einer Gewichtsstange zum Kippen der Perforationskanonen in Position, bei weitem überstieg.

„Das ist weniger als der undiskontierte Wert von 400 Barrel Öl. Eine interne Studie ergab, dass ConocoPhillips die geschätzte Endausbeute (EUR) um mindestens 5 % verbesserte, wenn die hochseitig ausgerichtete Perforierung eingesetzt wurde“, sagte Dave Cramer, Senior Engineering Fellow bei ConocoPhillips und ein früher Befürworter der Methode.

„Bei einer anfänglich gedrosselten Durchflussrate von 1.000 B/D beträgt die Auszahlung der Investition 10 Tage oder weniger“, sagte er.

Ovintiv lehnte es ab, eine Zahl anzugeben, aber Horton sagte, die Schätzung von ConocoPhillips liege innerhalb der Bandbreite von Ovintiv, basierend auf ähnlichen Vergleichen von Bohrlöchern mit und ohne orientierte Perforierung.

Diese Zahl liegt am unteren Ende der Schätzungen, die in den Diskussionen über die orientierte Perforationsleistung auf der Konferenz angeboten wurden. Höhere Schätzungen werden von denjenigen in Frage gestellt, die bezweifeln, dass die Testergebnisse bei einer Skalierung der Methode aufrechterhalten werden können. Sicher ist, dass die Zahl der Nutzer steigt und Namen wie Shell und Chevron umfassen.

„Wir haben herausgefunden, dass die orientierte Perforierung definitiv dazu beiträgt, alle Cluster zu behandeln“, sagte Jon Snyder, ein Personalabschlussingenieur bei ConocoPhillips, der das Papier vorstellte, und fügte hinzu: „Mit orientierter Perforierung meinen wir, dass wir beim Perforieren die hohe Seite anstreben.“ des Bohrlochs“ (SPE 204203).

Als Horton kürzlich bei einem Vortrag das Publikum befragte, gaben mehr als die Hälfte der Befragten an, dass sie Waffensysteme verwenden, die darauf ausgelegt sind, die Perforationsladungen in einem Zielwinkel auszurichten.

„In einem Jahr werden nur wenige Menschen nicht orientierte Perforationen durchführen; die Vorteile liegen auf der Hand“, sagte Cramer. Er treibt die Idee seit Jahren im Unternehmen voran und stößt dabei auf gemischte Zustimmung.

Das Argument für die Orientierung ist einfach. Die Wahrscheinlichkeit, dass die Schüsse die gleiche Größe haben, ist weitaus größer, wenn sie alle auf dasselbe Ziel abgefeuert werden, da sie alle die gleiche Distanz zurücklegen.

Die gleiche Lochgröße ist wichtig, da dadurch sichergestellt wird, dass genügend Flüssigkeit und Stützmittel gleichmäßiger in den Perforationen verteilt werden, um sicherzustellen, dass sie effektiv stimuliert werden.

Größenunterschiede von nur wenigen Hundertstel Zoll können dazu führen, dass ein Loch viel mehr Flüssigkeit und Stützmittel aufnimmt, was zu übermäßig wachsenden Brüchen führt, die anderen Perforationen das Volumen entziehen können, das sie für das Bruchwachstum benötigen.

Die durch die Perforationsreibung gemessene Auswirkung – eine Bestimmungsgröße für die Durchflusskapazität – ist viel größer als die Fläche, die mit zunehmendem Lochdurchmesser hinzugefügt wird. „Jede Änderung des Durchmessers ist für die Gleichung enorm“, weil dieser Wert in die vierte Potenz übertragen wird, sagte Horton.

ConocoPhillips beschrieb, wie es die Kosten für die Perforation senkte, indem es die Pistolenkomponenten eliminierte, die zur Variation der Schussrichtung verwendet wurden, was zu Perforationspistolen führte, die angeblich einfacher und zuverlässiger waren. Die Anzahl der Perforationen in diesen Vertiefungen ist ebenfalls begrenzt, um ausreichend Druck zu erzeugen, um sicherzustellen, dass jedes Loch stimuliert wird.

Als die Perforationen ausgerichtet waren, konnte Ovintiv den Behandlungsdruck um 550 psi und die Zeit, die zum Erreichen des geplanten Behandlungsdruckniveaus benötigt wurde, um 5 Minuten reduzieren, was „uns eine Menge Geld sparen wird“, sagte Horton.

„Angesichts der geringen Kosten und der potenziellen Produktionssteigerung fällt uns die Wahl leicht“, sagte er.

Die Überlegungen, die zum orientierten Perforieren führten, begannen mit der Frage: Warum unterscheiden sich die Größen der Löcher, die mit gleich großen Ladungen geschossen werden, erheblich von denen, die die Hersteller von Hohlladungen aufgrund ihrer Tests versprechen?

Die Antwort war, dass in einem Bohrloch, in dem die Schüsse über das Gehäuse verteilt sind, die Größe aufgrund der Unterschiede im Abstand zwischen der Waffe und dem Ziel in einem mit Flüssigkeit gefüllten Rohr variieren wird. Für diese Benutzer sind geringfügige Unterschiede im Durchmesser beim Perforieren von einem Drittel Zoll Qualitätsstahl von großer Bedeutung.

Diese Probleme wurden deutlich, als Unternehmen wie EV und DarkVision damit begannen, Perforationen vor und nach dem Bruch abzubilden und zu messen. Diese Bilder zeigten durchweg, dass die Größe je nach Wandposition variierte, wobei kleine Unterschiede größer wurden, da Strömungen der Frakturierungsflüssigkeit einen übergroßen Einfluss auf die Größe der Löcher hatten, die mit größeren Durchmessern beginnen.

Als ConocoPhillips beispielsweise die Perforationen maß, die in verschiedenen Winkeln um das Gehäuse herum abgefeuert wurden, variierten die Lochdurchmesser zwischen 0,38 und 0,43 Zoll, wobei der häufigste Durchmesser etwa 35 % der Schüsse ausmachte.

Diese Unterschiede verringerten sich, wenn orientierte Perforationen verglichen wurden. Der Betreiber stellte fest, dass 80 % der in die Oberseite des Gehäuses geschossenen Löcher einen Durchmesser von 0,38 Zoll hatten und die anderen 20 % innerhalb von 0,01 Zoll davon lagen.

ConocoPhillips berichtete, dass die größeren Lochgrößenvariationen in Stufen, die in mehreren Winkeln perforiert wurden, mit fünfmal größerer Wahrscheinlichkeit „außer Kontrolle geratene Perforationen“ aufwiesen, die so stark erodierten, dass sie den Löwenanteil der Stimulation beanspruchten, sagte Snyder.

„Eines der schlimmsten Dinge beim nichtorientierten Perforieren sind außer Kontrolle geratene Perforationen“, sagte Cramer. Während die daraus resultierenden langen Brüche schon früh produktiv sein können, „können sie bei der Erschließung des Feldes verheerende Auswirkungen haben.“

Die bloße Ausrichtung der Perforationen reicht nicht aus, um eine höhere Produktion sicherzustellen.

Ovintiv und ConocoPhillips achteten auf weitere Details, die sicherstellten, dass die Druckpumpe das Behandlungsvolumen und den nötigen Druck lieferte, um die meisten Perforationen wirksam zu stimulieren.

Mit anderen Worten: Die orientierte Frakturierung verbesserte die Leistung von Designs mit begrenztem Zugang.

Sie begrenzen die Anzahl der Perforationen in einer Phase und die Größe dieser Löcher, um sicherzustellen, dass jedes einzelne Loch einen produktiven Bruch erzeugen kann. Die Herausforderung wird durch die Tatsache erschwert, dass einige Lochstellen eher Flüssigkeit und Stützmittel aufnehmen als andere.

Begrenzte Zugangskonstruktionen lösten sich von Bruchkonstruktionen, die so viele Wege wie möglich aus der Verrohrung boten, in der Hoffnung, die Anzahl der erzeugten Brüche zu maximieren.

Die Denkweise änderte sich aufgrund jahrelanger Arbeiten und Erfahrungen, die zeigten, dass die Frakturleistung sehr unterschiedlich war. Den größten Teil der Behandlung erhielten einige dominante Frakturen.

Häufig war dies auf die Neigung zur Fersenseite zurückzuführen, bei der ein großer Teil der Behandlung in die erste oder zweite Perforation gelangt, während die Flüssigkeit durch das Loch fließt. Dies kann zu außer Kontrolle geratenen Frakturen führen, die den größten Teil der Behandlung erhalten, während andere nur wenig Behandlung erhalten.

Benutzer mit eingeschränktem Zugang sagen, dass die Technik den Prozentsatz der behandelten Cluster erheblich erhöht. Nicht jede Perforation kann die gleiche Stimulation erhalten, aber Snyder sagte: „Ein begrenzter Zugang ist unsere beste Option zur Behandlung aller Cluster.“

Eine einfache Möglichkeit herauszufinden, ob ein Ingenieur an eine Zugangsbeschränkung glaubt, besteht darin, ihn nach der Alternative zu fragen.

Hortons Antwort war: „Sie sprengen alles. Sie schießen eine Menge Löcher … es liegt überall Zeug herum, es ist eine schreckliche Verteilung.“

Der eingeschränkte Zugang entwickelt sich weiter, da die Benutzer auf der Grundlage von Forschungs- und Felddaten ein besseres Verständnis der Variablen gewinnen und wissen, welche davon am wichtigsten sind. Diese Daten werden oft nicht weitergegeben, was andere dazu zwingt, die gleichen Lektionen zu lernen.

An dieser Stelle variiert die Definition von orientiert, je nachdem, wer gefragt wird. Am häufigsten ist es, dass alle Perforationen auf einen einzigen Winkel ausgerichtet sind.

Aber Ovintiv richtet die Perforationen entlang einer horizontalen Ebene in der Mitte der Seitenwand aus. Man geht davon aus, dass ein seitlicher Beginn den Druck und die Zeit verringert, die erforderlich sind, um einen produktiven Bruch in der STACK-Formation in Oklahoma zu entwickeln, wo die maximale horizontale Spannung die vertikale Überlagerungsspannung übersteigt.

Horton sprach mit Cramer, der die beidseitige Frakturierung als unnötige Komplikation ansieht, verglichen mit der bloßen Konzentration auf ein einzelnes Ziel.

Arbeiten bei ConocoPhillips haben gezeigt, dass Brüche um das Gehäuse herum wachsen, bis sie den Weg des geringsten Widerstands finden, um nach außen zu wachsen. Cramer schlug vor, einen Schuss direkt nach oben zu testen, da er davon ausgeht, dass das Ergebnis mit den seitlichen Perforationen vergleichbar sein würde.

Während all diese Diskussionen immer wieder auf die Lochgrößen zurückkommen, lieferte ein Beitrag der Fracturing-Konferenz eine weitere Begründung für die Orientierung an einem einzigen Winkel.

Xinghui Liu, ein leitender Bohrlochstimulationsberater bei Chevron Corp., verglich verschiedene Schussmuster mithilfe rechnergestützter Fluiddynamikmodellierung. Basierend auf der Kalibrierung von Laborergebnissen mit Felddaten kam er zu dem Schluss, dass die Kraft des Ausflusses an einer Perforation dazu neigt, das Stützmittel wegzutreiben, das sich zur nächsten Perforation bewegt (SPE 204182).

Liu erklärte, dass die „Anziehungskraft“ des Ausflusses den Schlamm in der Nähe dieses Teils des Gehäuses konzentriert und so die Menge erhöht, die aus späteren Perforationen ausfließt.

Unternehmen, die sich für den Wert der orientierten Perforierung einsetzen, suchen nach einer kostengünstigen Möglichkeit, ihre Ziele genau zu erreichen.

Ovintiv und ConocoPhillips verließen sich beide auf einen einfachen Ansatz, um die Geschütze in den Zielwinkel zu bringen – indem sie ein Gegengewicht in Form einer exzentrischen Gewichtsstange verwendeten, um sie an Ort und Stelle zu halten.

Ihrer Erfahrung nach funktioniert es auch dann, wenn es das Ziel deutlich verfehlt.

Horton teilte ein Diagramm mit einer Reihe von Punkten, die den tatsächlichen Winkel jedes Schusses zeigten, gruppiert um eine rote Linie, die das Ziel darstellt. Die meisten befanden sich innerhalb eines Winkels von 60° zur roten Linie.

Es gibt präzisere Methoden als das Hinzufügen von Gewichten, beispielsweise ein versiegeltes Gerät, das sich auf Lagern dreht, um ein genaueres Zielen zu ermöglichen. Aber Horton sagte, dass einmalige Geräte bis zu 30.000 US-Dollar pro Bohrloch kosten, während die langlebigen Stahlstangen, die als exzentrische Gewichtsstangen verwendet werden, „grundsätzlich kostenlos“ sind.

Und es scheint, dass es eine akzeptable Fehlertoleranz für die orientierte Perforation gibt, obwohl es keine akzeptierte Bereichsgrenze gibt.

Cramer sagte, er habe sich mit Dienstleistungsunternehmen getroffen, die vielversprechende Ideen zur Deckung dieses Bedarfs hätten.

Während die orientierten Perforationsdesigns von ConocoPhillips Perforationen bei 12 Uhr vorsehen, liegen die in den Bohrlöchern beobachteten Löcher in der Veröffentlichung tendenziell bei etwa 10 Uhr. Die Autoren sagten, dass dies möglicherweise das Ergebnis eines aufgestauten Drehmoments in der Leitung sei.

ConocoPhillips hat Komponenten in der Waffenbaugruppe modifiziert, um die Zielgenauigkeit zu verbessern, Änderungen, die es möglicherweise patentieren lässt, sagte Cramer.

Snyder sagte auch, dass das Schießen in einem gleichmäßigen Winkel wichtiger sei als der gewählte Winkel.

Eine Änderung des Austrittspunkts wird den Verlauf der entstandenen Fraktur wahrscheinlich nicht verändern. Cramer sagte, dass geomechanische Berechnungen unter Verwendung von Daten aus Labor- und Feldforschung darauf hindeuteten, dass die durch das Bohren eines Lochs erzeugte Ringspannung dazu führe, dass ein Bruch entlang des Bohrlochs wächst, bis er „auf einen Bereich mit reduzierter Spannung stößt, der es ihm ermöglicht, sich in Querrichtung herauszubewegen“.

Es gibt einen Perforationswinkel, der ungünstig ist: direkt nach unten schießen.

Eine wirksame Behandlung ist nicht das Problem. Da die Perforationspistole normalerweise unten im Gehäuse sitzt, ist dies der kürzeste Schuss. Dadurch entsteht ein größeres Loch, das mehr Flüssigkeit und Stützmittel aufnimmt und zu stärkerem Wachstum führt. Die Schwerkraft kann zu einer höheren Konzentration des Stützmittels im unteren Teil des Bohrlochs führen, was die Erosion beschleunigt.

Das Abwärtsschießen hat noch weitere Nachteile. Kurzfristig sammelt sich Sand in den unteren Teilen des Brunnens an, was die Darstellung von Perforationen erschwert, obwohl dies nicht oft geschieht. Auf lange Sicht könnten Sandablagerungen die Perforationen bedecken und möglicherweise die Produktion beeinträchtigen.

Diese Probleme sind im Vergleich zu den Nachteilen, die mit dem Schießen sowohl von oben als auch von unten einhergehen, geringfügig.

Ovintiv berichtete, dass das Perforieren sowohl der Ober- als auch der Unterseite – das kleinste Loch befand sich bei 0° und das größte bei 180° – aufgrund der unterschiedlichen Lochgrößen zu einem um 550 psi höheren Druck führte. Die größeren Löcher erhielten mehr Flüssigkeit, was zu einer inkonsistenten Schlammverteilung führte und den Aufwand zur Stimulierung beider Löcher erhöhte.

Als Cramer das Papier kritisierte, fragte er Horton, warum darin die seitliche Frakturierung mit einer Paarung verglichen wird, bei der die großen Größenunterschiede bekanntermaßen die Art von Problem verursachen, die zur orientierten Frakturierung führte.

„Wir haben das, was wir für das Beste hielten, mit dem getestet, was wir für das Schlimmste hielten. Das Ergebnis entsprach unseren Erwartungen“, sagte Horton und fügte hinzu: „Wir haben es getan, weil viele Leute immer noch mit der Ausrichtung von 0° bis 180° fotografieren.“

SPE 204203 Verbesserte Behandlungsverteilung durch orientiertes Perforieren von J. Snyder, D. Cramer und M. White, ConocoPhillips.

SPE 204177 Ein Schuss ins Ungewisse: Wie Ihre Perforationsbildgebung nach einer Fraktur irreführend sein kann und wie Sie die Clustereffizienz besser verstehen und die Perforation mit begrenztem Zugang optimieren können von B. Horton, Ovintiv.

SPE 204182 Erreichen einer perfekten Flüssigkeits- und Stützmittelplatzierung in mehrstufigen gebrochenen horizontalen Bohrlöchern: Ein CFD-Modellierungsansatz von X. Liu, J. Wang und A Singh, Chevron et al.