Сверхэластичный двухслойный гравиевый фильтр

Сверхэластичный двухслойный фильтр из гравийной набивки для обеспечения целостности горизонтального ствола скважины

 

Эволюция современной добычи углеводородов неумолимо смещается в сторону сложной архитектуры скважин., горизонтальный ствол скважины становится стандартным средством максимизации контакта с пластом в нетрадиционных и низкопроницаемых месторождениях. В то время как горизонтальное бурение открывает огромные резервы, это одновременно усложняет освоение скважины, особенно касательно борьба с пескопроявлениями. Традиционные проблемы миграции мелких частиц, нестабильность пласта, и эрозия, вызванная жидкостью, усугубляется большой длиной открытой скважины., перепад потока по продуктивному пласту, и необходимость высокоинтенсивных методов вмешательства, таких как гравийная набивка и гидроразрыв пласта. Более того, в области повышения нефтеотдачи пластов (МУН), такие методы, как впрыск пара (НАПРИМЕР., СКАЗАЛ) представить разрушительные угрозы экстремальных температурных циклов и высокотемпературной коррозии.

Традиционный колодезный экран, будь то простой вкладыш с прорезями или отдельное проволочное сито, часто оказывается неадекватным для этих синергетических стрессов.. Эта необходимость в компоненте, способном выдерживать высокие механические нагрузки., противостоять агрессивному химическому воздействию, и поддерживать точную фильтрацию на огромных горизонтальных расстояниях, стимулировали разработку специализированных Сетка для гравийной набивки горизонтальной скважины. Эта система представляет собой значительный шаг вперед, используя инновационный двухслойная структура фильтрации— сочетание высокой прочности, устойчивый к эрозии Внешняя оболочка Vee-Wire с высокой точностью внутренний фильтр из тонкой проволочной сетки— обеспечить не только надежный контроль песка, но также структурную и термическую устойчивость, необходимую для самых строгих циклов заканчивания и добычи.. Вся система спроектирована как высоконадежный объект, предназначенный для поглощения огромных напряжений, возникающих при укладке гравия и обратном потоке гидроразрыва, одновременно уменьшая проблемы долгосрочного засорения, вызванные буровым раствором., штрафы за тяжелую нефть, и минеральная накипь.

1. Сложности контроля песка в горизонтальных скважинах и проведения вмешательств

 

Инженерное обоснование использования этого специализированного фильтра начинается с анализа уникальных эксплуатационных требований, предъявляемых к устройствам контроля выноса песка в горизонтальных скважинах., особенно те, которые требуют вмешательства, например, гравийной набивки или гидроразрыва.

Проблема горизонтального ствола скважины

 

В типичном горизонтальном заканчивании длиной в тысячи метров, экран подвержен механическим нагрузкам, редко встречающимся в вертикальных скважинах. Он должен сохранять свою целостность при значительных сжимающая и растягивающая нагрузка во время установки, особенно при движении по извилистым путям скважин. После установки, дифференциальные силы сопротивления во время потока или впрыска, в сочетании с массивным тепловое расширение и сжатие циклы, присущие процессам впрыска пара, создавать сильные усталостные напряжения в сварной конструкции и соединениях грохота.. Обычные экраны часто разрушаются из-за разрушения конструкции в точках соединения или разрушения из-за неравномерного давления укладки гравийного фильтра..

Гравийная набивка и гидроразрыв: Экстремальные нагрузки

 

Требования к конструкции экрана определяются двумя основными процедурами вмешательства.:

1. Гравийная упаковка: Это предполагает перекачивание суспензии крупного гравия высокой плотности. (проппант) в затрубное пространство между экраном и пластом. Экран должен выдерживать огромные внешнее давление сжатия по мере просачивания суспензионной жидкости в пласт, требующий высокого сопротивление разрушению в базовой трубе и оболочке провода. Если экран хоть немного разрушится, целостность всего гравийного фильтра нарушена, приводит к преждевременному образованию песка.

2. Гидравлический разрыв пласта (ГРП-Пак): Во время обратного притока проппанта после операции ГРП, экран обращен к крайностям внутренняя эрозия. Высокоскоростной возврат проппанта, особенно через щелевые отверстия и вблизи перфораций базовой трубы, может быстро изнашивать материал экрана. Необходимость в более высокая устойчивость к эрозии диктует использование специализированных, износостойкие сплавы и прочная конструкция для минимизации локального ускорения..

Требование выдерживать обе эти операции с высокими нагрузками требует продукта, намного превосходящего простой перфорированный лайнер или стандартное однослойное сито премиум-класса.. Окончательная конструкция должна обладать механической прочностью высокопрочных трубок, обеспечивая при этом точность фильтрации специализированного фильтра..

2. Архитектура устойчивости: Двухуровневая интегрированная структура

 

Ключевая инновация этого фильтра для горизонтальных скважин заключается в его слоистая структура, разработан для назначения конкретных механических и фильтрующих функций каждому компоненту, тем самым достигая превосходных показателей в силе, пропускная способность, и надежность защиты от засорения.

Слой 1: Высокопрочная базовая труба и перфорация

 

Фундамент – это Базовая труба, Обычно это бесшовные стальные кожухи или трубы API 5CT. (НАПРИМЕР., 2-7/8″ 4-1 / 2″ OD, по указанным параметрам). Основная труба обеспечивает большую часть экрана. предел прочности и сопротивление разрушению, решающее значение для обработки, установка, и сопротивление внешнему давлению гравийной набивки. Основная труба перфорирована прецизионно обработанными отверстиями, которые должны:

1. Максимизируйте площадь притока (ОФА): Обеспечить максимальное поступление жидкости в трубу.

2. Поддерживать силу: Схема перфорации должна быть оптимизирована для достижения максимального OFA при сохранении требуемой минимальной прочности на разрушение основного материала. (НАПРИМЕР., 80% оригинального сопротивления разрушению тела трубы).

Слой 2: Тонкая тканая проволочная сетка (Высокоточная фильтрация)

 

Непосредственно вокруг перфорированной базовой трубы находится Внутренний фильтрующий слой, обычно спеченная многослойная тканая проволочная сетка (Плотная сетка). Это высокоточный компонент фильтрации, роль которого двояка.:

1. Окончательное исключение частиц: Он предназначен для улавливания мельчайших частиц. (ил, глина, твердые частицы бурового раствора, или мелкий песок) которые успешно проходят через более крупный материал первичного гравийного фильтра.. Это предотвращает миграцию этих частиц в перфорацию основной трубы., тем самым минимизируя падение давления (повреждение кожи) и риск возможного эрозионного разрушения самой трубы..

2. Смягчение последствий тяжелой нефти/грязей: В пластах тяжелой нефти, остатки высоковязкой сырой нефти или бурового раствора могут физически «ослепить»’ фильтрующая среда. Внутренняя мелкая сетка, подкреплен прочным внешним слоем, позволяет жидкости высокой вязкости проходить через большое, поддерживаемая площадь поверхности, снижение риска перепада давления в среде, который может привести к необратимому засорению (или ослепление) фильтра.

Спеченная сетка предпочтительнее простой тканой, поскольку процесс спекания (сплавление слоев сетки вместе при высокой температуре) создает чрезвычайно стабильную, высокопрочный фильтрующий материал с равномерным, гарантированный размер пор, что делает его очень устойчивым к механическим деформациям при прохождении жидкости под высоким давлением..

Слой 3: Куртка Vee-Wire (Структурная и потоковая поддержка)

 

Самый внешний и наиболее видимый слой – это Vee-Wire (Клин-Проволока) Куртка. Этот компонент служит структурный костяк рубашки фильтра и первичный эрозионный щит.

1. Структурная целостность: Прецизионно сваренная непрерывная V-образная проволока, обернут вокруг продольных опорных стержней, создает жесткую цилиндрическую оболочку. Этот слой противостоит механическим повреждениям во время манипуляций и обеспечивает необходимую прочность для поддержки внутренней мелкой сетки от огромного перепада давления и физического истирания суспензии гравийной набивки..

2. Антизасоряющийся поток: V-образный профиль проволоки образует сужающуюся наружу апертуру паза.. Любая частица, которая проходит через первичный гравийный фильтр и внешнюю поверхность V-образной проволоки, не может застрять в пазу — она должна полностью пройти через. Эта геометрия принципиально устраняет внутренние мостики частиц., поддержание эффективности притока.

3. Эрозионный щит: Изготовлен из высокотвердого, коррозионностойкие сплавы, внешняя V-образная проволока защищает тонкую внутреннюю сетку от прямого контакта с высокоскоростным, поток абразивной жидкости, возникающий во время обратного притока, особенно после перелома.

Эта многослойная сборка — несущая труба-основание., Внутренняя сетка для точности, и Outer Vee-Wire для защиты и поддержки — создает сверхустойчивую систему фильтрации, оптимизированную для синергетических напряжений при заканчивании горизонтальных скважин..

3. Металлургические требования для повышения нефтеотдачи пластов и условий гидроразрыва

 

Материалы, используемые в конструкции гравийного фильтра горизонтальной скважины, должны выбираться не только по их механической прочности, но и по их устойчивости к суровым термохимическим условиям, создаваемым МУН, и высоким скоростям эрозии при гидроразрыве.. Стандартной углеродистой стали недостаточно для слоев проволоки и сетки., и даже базовая труба требует особого внимания.

Металлургия базовых труб: Сила и гибкость

 

Базовая труба обычно представляет собой высокопрочную трубку API 5CT., Начиная от J55 (базовая сила) до конца L80 (Сертифицированный сервис NACE для кислых продуктов, часто $80 \text{ ksi}$ предел текучести) или P110 (премиум-класса высокой прочности, $110 \text{ ksi}$ предел текучести).

• L80 (Соответствие NACE): Обязательно, когда $\text{H}_2\text{S}$ присутствует (кислое обслуживание). Твердость и химический состав материала должны соответствовать NACE MR0175/ISO. 15156 предотвратить Сульфидное коррозионное растрескивание под напряжением (SSCC), механизм разрушения, ускоренный высокими температурами нагнетания пара и растягивающими напряжениями на длинном горизонтальном участке.

• P110: Выбран для применений, требующих максимальной прочности на разрыв и разрушение, чтобы выдержать агрессивный гидравлический разрыв пласта и операции по укладке гравия под высоким давлением..

Фильтровальная рубашка и сетка Металлургия: Термическая и химическая стойкость

 

Куртка Vee-Wire и внутренняя тонкая сетка., являющийся прямым интерфейсом жидкости, требуют превосходного содержания сплава, чтобы противостоять комбинированным угрозам термоциклирования и эрозии/коррозии.:

1. Хромированная сталь (НАПРИМЕР., 13Герметичный, L80 13Кр): Часто минимальные требования к $\text{CO}_2$ коррозия и умеренные температуры. В $13\%$ Содержание хрома образует защитный оксидный слой., что делает его значительно более устойчивым к сладкой коррозии, чем обычная углеродистая сталь.. Это часто используется для V-образной проволоки и опорных стержней..

2. Дуплекс из нержавеющей стали (НАПРИМЕР., UNS S31803 или S32750): Обязательно для более высоких температур и сред с комбинированным $\text{H}_2\text{S}$ и высокие хлориды. Дуплексные сплавы обладают превосходными Эквивалентное число сопротивления ячеек (Древесина) (обычно $\text{PREN} \geq 32$) и обладают высокой устойчивостью к коррозионному растрескиванию под напряжением., что делает их идеальными для суровых температурных циклов и агрессивной среды впрыска пара. (САГД/КСС) где высокая термическая нагрузка неизбежна.

3. Спеченная сетка: Во внутренней сетке часто используются такие сплавы, как нержавеющая сталь 316L, обеспечивающие устойчивость к коррозии и термическую стабильность., спеченный для повышения механической прочности и стабильности пор при высоком перепаде давления.

Высокопрочная базовая труба в сочетании с рубашкой из коррозионностойкого сплава обеспечивает сохранение структурной целостности системы, в то время как функциональные компоненты противостоят химическому и физическому разрушению..

Параметр	Базовая труба (API 5CT L80/P110)	Фильтровальная рубашка (13Герметичный / Дуплекс)	Требования к термообработке
Материал	API 5CT L80 или P110	13Герметичный (такие 420 Мод) или дуплекс (2205)	Базовая труба: Гашение & Закалка (Q&T) для заданного контроля прочности и твердости.
Химический фокус	Контролируемый углерод, Мнжен (для силы)	Высокая $\text{Cr}$ (13% Кому 25%), $\text{Mo}$ (Дуплекс), $\text{Ni}$	Куртка: Решение Отжиг после сварки (для дуплекса) восстановить идеальную микроструктуру.
Предел прочности	L80: $552 \text{ MPa}$ мин, $P110: 758 \text{ MPa}$ мин	Обычно $R_{eH} \geq 550 \text{ MPa}$ (Сравнимо с базовой трубой)	Отжиг сетки для обеспечения пластичности и предотвращения межкристаллитной коррозии..
Управление ремнями безопасности	Обязательный NACE MR0175/ISO 15156 пределы (для L80)	Контролируется для предотвращения SSC (Сульфидное растрескивание под напряжением)	N/a
Ключевой стандарт	API-спецификация 5CT	АСТМ А790/А240 (для дуплекса) или спецификация конкретного поставщика	API 5CT / NACE MR0175

---

4. Габаритные характеристики, Допуски, и применение

 

Габаритные параметры гравийного фильтра для горизонтальной скважины ограничены необходимостью соответствовать стандартным размерам обсадной колонны, оставляя при этом достаточное затрубное пространство для суспензии гравийного фильтра и сохраняя минимальное изменение наружного диаметра для плавного хода..

Габаритные параметры и целевая конструкция

 

Соотношение между наружным диаметром базовой трубы и наружным диаметром окончательного экрана имеет решающее значение для обеспечения надлежащего зазора.. Предоставленные параметры иллюстрируют соответствие стандартных размеров труб/корпусов API с диаметром сборки фильтра, изготовленного по индивидуальному заказу.:

Размер базовой трубы (API трубы/корпуса)	Базовая труба, наружный диаметр (мм)	Последняя экранная куртка OD (мм)	Контекст приложения
2-3/8″	$\Phi 60.3$	$\Phi 79$	Заканчивания малого диаметра, часто скважинное или двойное заканчивание.
2-7/8″	$\Phi 73$	$\Phi 95$	Стандартные гибкие НКТ или традиционные заканчивания меньшего размера..
3-1/2″	$\Phi 88.9$	$\Phi 110$	Общий размер трубки, обеспечение достаточного затрубного пространства для эффективной гравийной набивки.
4″	$\Phi 101.6$	$\Phi 121$	Эксплуатационная колонна или заканчивание с большим внутренним диаметром.
4-1/2″	$\Phi 114.3$	$\Phi 135$	Эксплуатационная колонна большого диаметра; максимизирует скорость потока.

Жесткая толерантность к Внешний диаметр оболочки экрана (OD) имеет решающее значение. Он должен быть одинаковым по всей длине секции для обеспечения надлежащего зазора при монтаже и предотвращения зависаний.. Что еще более важно, the Допуск ширины паза во внешнем Vee-Wire и Допуск размера пор во внутренней сетке должно быть очень туго (НАПРИМЕР., $\pm 0.05 \text{ mm}$), поскольку это напрямую влияет на эффективность борьбы с песком и долгосрочную пропускную способность..

Особенности и эффективность борьбы с засорением

 

Категория функции	Описательная функция	Функциональное преимущество в горизонтальных скважинах/скважинах с увеличенной нефтеотдачей
Структурная надежность	Высокопрочная базовая труба API 5CT	Выдерживает высокое внешнее давление при гравийной набивке и высокие внутренние растягивающие/сжимающие нагрузки..
Точность фильтрации	Внутренний слой из спеченной мелкой сетки	Высокоточное удаление мелких частиц, грязь, и тяжелые нефтяные твердые частицы; предотвращает засорение внутренних труб.
Антизасоряющийся поток	Внешняя оболочка Vee-Wire (V-образный слот)	Устраняет мостиковое соединение частиц; минимизирует повреждение кожи и поддерживает пропускную способность с течением времени.
Устойчивость к эрозии	13Cr/Duplex Vee-Wire и стержни	Устойчивость к износу из-за обратного потока на высокой скорости, особенно возврат проппанта после ГРП.
Устойчивость к коррозии	Сплавы, соответствующие требованиям NACE/Duplex	Выдерживает высокую температуру, кислое обслуживание ($\text{H}_2\text{S}/\text{CO}_2$), и хлоридное коррозионное растрескивание под напряжением (SCC) из пара.
Эксплуатационная универсальность	Высокая пропускная способность	Подходит для высокоскоростного производства., гравийная набивка, и операции ГРП.

Приложения и рыночная ниша

 

Этот специализированный фильтр заполняет важнейшую нишу, где высокие механические нагрузки встречаются в агрессивных средах повышения нефтеотдачи пластов.:

1. Парогравитационный дренаж (СКАЗАЛ) и CSS: Необходим для высокотемпературной добычи тяжелой нефти., требующие сопротивления $\sim 300^{\circ}\text{C}$ пар и массивный термоцикл.

2. Нетрадиционный гидроразрыв газа/нефти: Используется в длинных горизонтальных стволах, где экран должен выдерживать эрозионные силы обратного потока при гидроразрыве, сохраняя при этом точный контроль песка..

3. Глубокие скважины с большими отклонениями: Используется там, где большая длина экрана подвергает компонент сильному трению и механическому напряжению во время установки..

Приверженность нетрадиционной надежности

 

Фильтр гравийной набивки для горизонтальной скважины, благодаря своей сверхэластичной двухслойной конструкции, представляет собой зенит современной техники борьбы с песком. Это расчетный ответ на синергетическое механическое воздействие., тепловой, и химические угрозы, присущие современным горизонтальным МУН и заканчиваниям ГРП.. Прочная структурная основа базовой трубы API 5CT стратегически сочетается с высокоэффективной фильтрующей средой — защитной оболочкой Vee-Wire и прецизионной спеченной сеткой — изготовленными из сплавов, специально выбранных из-за их устойчивости к высокотемпературной коррозии и эрозии..

Эта система является свидетельством того принципа, что в сложных скважинных условиях, надежность должна быть заложена в сам компонент. За счет достижения более высокой структурной целостности и термической стабильности, наряду с превосходной точностью фильтрации и характеристиками потока, препятствующими засорению, этот экран значительно снижает эксплуатационные расходы, связанные с капитальным ремонтом, уборка, и преждевременный отказ скважины. Сложная архитектура гарантирует, что огромные капиталовложения, вложенные в горизонтальный ствол скважины, будут защищены экраном, рассчитанным на срок службы самых требовательных пластовых активов., тем самым поддерживая высокие темпы, добыча без песка на самых сложных месторождениях нефти и газа в мире.