ミシン目を一列に揃えることには、さらに多くの意味があります

シェール油井からの生産量を増やしたいですか? ミシン目を揃えることを検討してください。

最近の SPE 油圧破砕技術カンファレンスでは数名の講演者が、配向穿孔 (ケーシングの同じ場所 (多くの場合は上部) に穴をあけること) による破砕結果の改善について話しました。

これは、各電荷が前の電荷から 60 度の角度で、螺旋パターンに穴を配置する設計とは異なります。

Ovintiv (SPE 204177) の上級完成エンジニアである Blake Horton 氏は、「方向性のある穿孔により生産性が向上する兆候が見られました」と述べています。

生産量の増加は、配向穿孔ありとなしの同様の坑井からの生産量を比較した ConocoPhillips によっても報告されました。この分析は、地質、掘削、完成時の差異を除外するように設計されました。

同報告書は、追加生産の価値は、穿孔ガンを所定の位置に傾けるためのウェイトバーを含むアセンブリの設置にかかる1ウェルあたり2万ドルのコストをはるかに上回っていると結論付けた。

「これは、石油400バレルの割引前価値よりも低い。内部調査によると、コノコフィリップスは、ハイサイド指向の穿孔を使用した場合、推定最終回収率（EUR）を少なくとも5％向上させた」と、同社のシニアエンジニアリングフェロー、デイブ・クレイマー氏は述べた。 ConocoPhillips であり、この方法の初期の提唱者です。

「初期のチョーク流量が 1,000 B/D の場合、投資の回収は 10 日以下です。」と彼は言いました。

オヴィンティフは数値の提供を拒否したが、ホートン氏は、方向性穿孔の有無による井戸の同様の比較に基づくコノコフィリップスの推定値はオヴィンティフの範囲内であると述べた。

この数値は、会議での指向性穿孔性能に関する議論で提示された推定値の下限にあたります。このより高い推定値は、この方法がスケールアップされた場合にテスト結果が維持できるかどうかを疑問視する人々によって疑問視されています。確かなのは、ユーザー数が増加しており、その中には Shell や Chevron などの名前が含まれているということです。

論文を発表したコノコフィリップスのスタッフ完成エンジニア、ジョン・スナイダー氏は、「方向性穿孔が間違いなくすべてのクラスターの治療に役立つことがわかった」と付け加え、「方向性穿孔とは、穿孔する際にハイサイドを目指すことを意味する」と付け加えた。坑井の」(SPE 204203)。

ホートン氏が最近の講演で聴衆にアンケートを行ったところ、回答者の半数以上が、穿孔薬を目標角度に向けるように設計された銃システムを使用していると答えた。

「今から1年後には、方向性穿孔をやらない人はほとんどいないだろう。その利点は明らかだ」とクレイマー氏は語った。彼は何年も社内でこのアイデアを推進してきましたが、賛否両論ありました。

方向性の議論は簡単です。すべてが同じターゲットに向けて発射された場合、すべてが同じ距離を移動するため、ショットは同じサイズになる可能性がはるかに高くなります。

穴のサイズが等しいことが重要なのは、十分な量の流体とプロッパントが穴の間でより均等に分散され、効果的に刺激されることが確実になるためです。

わずか数百分の 1 インチのサイズの違いは、1 つの穴がはるかに多くの流体とプロパントを取り込むことを意味し、過度に成長する破断を引き起こし、破断の成長に必要な他の穿孔の体積を奪う可能性があります。

流量の決定要因である穿孔摩擦によって測定される影響は、穴の直径が大きくなるにつれて追加される面積よりもはるかに大きくなります。ホートン氏は、その値が4乗されるため、「直径の変化は方程式にとって非常に大きな影響を与える」と述べた。

コノコフィリップスは、ショットの方向を変えるために使用される銃のコンポーネントを排除することで穿孔のコストを削減し、その結果、よりシンプルで信頼性の高い穿孔銃が得られたと説明しました。これらのウェルの穿孔の数も、それぞれが確実に刺激されるのに十分な圧力を提供できるように制限されています。

穿孔の方向が決まったとき、Ovintiv は治療圧力を 550 psi 下げることができ、計画した治療圧力レベルに達するまでの時間を 5 分短縮することができました。これにより「多額の費用が節約できるでしょう」とホートン氏は述べています。

「これほど低コストで生産量増加の可能性があるため、我々にとっては簡単な選択だ」と同氏は語った。

指向性穿孔に至った考え方は、「なぜ同じサイズの装薬を使用して撃たれた穴のサイズが、テストに基づいて成形装薬のメーカーが約束したものと大幅に異なるのですか?」という疑問から始まりました。

答えは、井戸の中でショットがケーシングの周りに広がるため、銃と流体で満たされたパイプ内のターゲットとの間の距離の違いによりサイズが変化するというものでした。高品質の鋼材の 3 分の 1 インチを穿孔するときの直径のわずかな違いは、これらのユーザーにとって非常に重要です。

これらの問題は、EV や DarkVision などの企業が破砕前後の穿孔の画像化と測定を開始したときに明らかになりました。これらの写真では、壁の位置に応じてサイズが異なることが一貫して示されていますが、破砕流体の流れが、最初は大きな直径で始まった穴のサイズに大きな影響を与えるため、小さな違いが大きくなっていきます。

たとえば、ConocoPhillips がケーシング周囲のさまざまな角度でショットされた穿孔を測定したところ、穴の直径は 0.38 ～ 0.43 インチの範囲で変動し、最も一般的な直径はショットの約 35% を占めていました。

方向性のある穿孔を比較すると、これらの差は小さくなりました。オペレーターは、ケーシングの上部に開けられた穴の 80% が直径 0.38 インチで、残りの 20% が直径 0.01 インチ以内であることを発見しました。

コノコフィリップスの報告によると、複数の角度で穿孔された段階での穴サイズのばらつきが大きいほど、「刺激の大部分を占めるほど浸食された暴走穿孔」が発生する可能性が5倍高いとスナイダー氏は述べた。

「無配向穿孔の最悪の点の 1 つは、暴走穿孔です」と Cramer 氏は言います。その結果生じる長い亀裂は、初期段階では生産的なものになる可能性がありますが、「フィールドを開発するにつれて大混乱を引き起こす可能性があります。」

ミシン目の向きを変えるだけでは、生産量を増やすのに十分ではありません。

Ovintiv と ConocoPhillips は、ほとんどの穿孔を効果的に刺激するのに必要な治療量と圧力を圧力ポンプで確実に供給するための他の詳細に注意を払っていました。

言い換えれば、方向性破壊により、エントリーが制限された設計のパフォーマンスが向上しました。

ステージ内の穿孔の数とそれらの穴のサイズを制限して、各穴が確実に生産的な骨折を作成できるようにします。この課題は、一部の穴の位置が他の穴の位置よりも流体やプロパントを取り込む可能性が高いという事実によって複雑になります。

進入制限設計は、作成される破壊の数を最大化することを期待して、ケーシングからできるだけ多くの経路を提供する破壊設計から脱却しました。

破壊性能が大きく異なることを示す長年の論文と経験に基づいて考え方が変わりました。いくつかの主要な骨折が治療の最大の割合を占めました。

多くの場合、これはヒール側の偏りによるもので、流体が穴を流れ下る際に治療の大部分が最初または 2 番目の穿孔を通過することになります。そのため、暴走骨折が発生し、その治療が最も多く受けられる一方、他の治療はほとんど受けられない可能性があります。

制限されたエントリーのユーザーは、この技術により処理されるクラスターの割合が大幅に増加すると述べています。すべての穿孔が同じ刺激を受けることができるわけではないが、スナイダー氏は「すべての穿孔を治療するには、侵入を制限することが最善の選択肢である」と述べた。

エンジニアが参入制限を信じているかどうかを知る簡単な方法は、代替案について尋ねることです。

ホートン氏の答えは、「彼らはあらゆるものを爆破している。大量の穴を開けている…あちこちに物があり、ひどい配布だ。」

研究データと現場データに基づいて、ユーザーが変数とその中で最も重要なものをより深く理解できるようになるにつれて、制限付きエントリーは進化しています。そのデータは開示されないことが多く、他の人も同じ教訓を学ぶことを強いられます。

この時点で、指向性の定義は誰に尋ねるかによって異なります。最も一般的なのは、すべての穿孔が単一の角度を向いていることです。

しかし、Ovintiv は側壁の中央で水平面に沿って穿孔を配置します。オクラホマ州の STACK 地層では、水平方向の最大応力が垂直方向の表土応力を超えるため、横方向から開始すると、生産的な亀裂が生じるまでに必要な圧力と時間が軽減されるという考え方です。

ホートン氏はクレイマー氏に話を聞きました。クレイマー氏は、単純に単一のターゲットに焦点を当てる場合と比較して、両側の破砕は不必要な複雑さであると考えています。

ConocoPhillips の研究では、亀裂が外側に向かって成長するための最も抵抗の少ない経路を見つけるまで、ケーシングの周囲で成長することが示されています。クレイマー氏は、横方向の穿孔と同様の結果が得られると予想しているため、真上にショットをテストすることを提案しました。

これらすべての議論は穴のサイズに戻り続けていますが、破壊カンファレンスの論文は、単一の角度に沿って方向を定めるための別の理論的根拠を提供しました。

シェブロン社のシニア坑井刺激アドバイザーである Xinghui Liu 氏は、数値流体力学モデリングを使用してさまざまなショットパターンを比較しました。現場データを用いた実験結果の校正に基づいて、彼は、1 つの穿孔における流出の力が、次の穿孔に移動するプロッパントを捕捉する傾向があると結論付けました (SPE 204182)。

Liu氏は、流出の「引力」によってスラリーがケーシングのその部分の近くに集中し、後の穿孔から流出する量が増加すると説明した。

指向性穿孔の価値を主張する企業は、目標を正確に達成するための低コストの方法を見つけることに取り組んでいます。

Ovintiv と ConocoPhillips はどちらも、偏心ウェイトバーの形のカウンターウェイトを使用して銃を所定の位置に保持するという、単純なアプローチを使用して銃を目標角度まで持ち上げました。

彼らの経験によれば、かなりのマージンで目標を外した場合でも機能します。

ホートン氏は、ターゲットを表す赤い線の周りに集まった各ショットの実際の角度を示す点の配列を含むグラフを共有しました。ほとんどは赤い線から 60° 以内にありました。

より正確な狙いを定めるためにベアリング上で回転する密閉装置など、重りを追加するよりも正確な方法があります。しかし、ホートン氏は、使い捨て装置の費用は坑井あたり最大3万ドルだが、偏心ウェイトバーとして使用される長持ちする鋼棒は「基本的に無料」だと述べた。

また、許容される範囲の制限はありませんが、方向性のあるミシン目には許容可能な誤差の範囲があるようです。

クレイマー氏は、このニーズを満たすための有望なアイデアを持つサービス会社と会ったと述べた。

ConocoPhillips の指向性穿孔設計では 12 時の位置に穿孔が必要ですが、論文によると、井戸で観察される穴は 10 時付近にある傾向があると報告されています。著者らは、これは有線に蓄積されたトルクの産物である可能性があると述べています。

コノコフィリップスは照準を改善するために銃アセンブリの部品を変更しており、その変更は特許を取得する可能性があるとクレイマー氏は述べた。

スナイダー氏はまた、選択した角度よりも一貫した角度で撮影することが重要だと述べた。

出口点を変更しても、作成された骨折の経路が変更される可能性は高くありません。クレイマー氏は、実験室と現地調査のデータを用いた地質力学計算の結果、穴を掘削することによって生じたフープ応力によって、亀裂が「横方向に外へ出ることができる応力が減少した領域に遭遇する」まで坑井に沿って成長することが示されたと述べた。

好ましくない穿孔角度が 1 つあります。それは、真下に向かって撮影することです。

効果的な治療は問題ではありません。通常、穿孔ガンはケーシングの底にあるため、これが最短のショットになります。その結果、穴が大きくなり、より多くの流体とプロパントが取り込まれ、より大きな成長につながります。重力によって坑井の底部のプロパントの濃度が高くなり、浸食が加速する可能性があります。

下向きに撃つことには他にも欠点があります。短期的には、井戸の下部に砂がたまり、穿孔の画像化が困難になりますが、これは頻繁には行われません。長期的には、砂の堆積が穴を覆い、生産に影響を与える可能性があります。

こういった問題は、上下両方での撮影に伴うマイナス点に比べれば些細なものです。

Ovintiv は、上部と底部の両方に穴を開けると (最小の穴は 0°、最大の穴は 180°)、穴のサイズの違いにより圧力が 550 psi 高くなったと報告しました。大きな穴にはより多くの流体が流入するため、スラリーの分布が不均一になり、両方を刺激するのに必要な労力が増加しました。

クレイマー氏がこの論文を批判したとき、彼はホートン氏に、サイズの大きな違いが方向性破壊につながるような問題を引き起こすことが知られている組み合わせに、なぜ横方向の破壊を比較するのかと尋ねた。

ホートン氏は、「我々は、最高だと考えたものと最悪だと考えたものをテストした。結果は予想通りだった」と述べ、「多くの人が依然として0度から180度の向きで撮影しているため、そうしたのだ」と付け加えた。

SPE 204203 配向穿孔による治療分布の改善 (J. Snyder、D. Cramer、および M. White、ConocoPhillips)。

SPE 204177 「暗闇の中のショット: 骨折後の穿孔イメージングがどのように誤解を招くか、およびクラスター効率をよりよく理解し、エントリー制限穿孔を最適化する方法」 (B. Horton、Ovintiv)

SPE 204182 多段破砕水平井戸における完璧な流体およびプロパントの配置の実現: X. Liu、J. Wang、および A Singh、Chevron らによる CFD モデリングアプローチ。