Obtenir vos perforations dans une ligne peut signifier plus

Vous voulez plus de production à partir d'un puits de schiste ? Pensez à aligner les perforations.

Lors de la récente conférence SPE sur la technologie de fracturation hydraulique, une poignée d'orateurs ont parlé de l'amélioration des résultats de fracturation avec une perforation orientée, c'est-à-dire percer les trous au même endroit dans le tubage, souvent en haut.

Cela rompt avec les conceptions qui disposaient les trous dans un motif hélicoïdal avec chaque charge inclinée à 60° par rapport à la précédente.

"Nous avons vu des indications que nous obtenons une meilleure production grâce à la perforation orientée", a déclaré Blake Horton, ingénieur principal de finition pour Ovintiv (SPE 204177).

Des gains de production ont également été rapportés par ConocoPhillips qui a comparé la production de puits similaires avec et sans perforation orientée. L'analyse a été conçue pour filtrer les différences dans la géologie, le forage et les complétions.

Il a conclu que la valeur de la production ajoutée dépassait de loin le coût de 20 000 $ par puits d'installation de l'assemblage, y compris une barre de poids pour incliner les pistolets perforateurs en position.

"C'est moins que la valeur non actualisée de 400 barils de pétrole. Une étude interne a indiqué que ConocoPhillips améliorait la récupération ultime estimée (EUR) d'au moins 5 % lors de l'utilisation d'une perforation orientée côté haut", a déclaré Dave Cramer, ingénieur principal chez ConocoPhillips et l'un des premiers défenseurs de la méthode.

"Pour un débit étouffé initial de 1 000 B/J, le paiement sur l'investissement est de 10 jours ou moins", a-t-il déclaré.

Ovintiv a refusé de fournir un chiffre, mais Horton a déclaré que l'estimation de ConocoPhillips se situait dans la fourchette d'Ovintiv sur la base de comparaisons similaires de puits avec et sans perforation orientée.

Ce nombre se situe dans la partie inférieure des estimations proposées lors des discussions sur les performances de perforation orientée lors de la conférence. Des estimations plus élevées sont remises en question par ceux qui doutent que les résultats des tests puissent être maintenus lorsque la méthode est mise à l'échelle. Ce qui était certain, c'est que le nombre d'utilisateurs augmente et comprend des noms tels que Shell et Chevron.

"Nous avons constaté que la perforation orientée aide définitivement à traiter tous les groupes", a déclaré Jon Snyder, un ingénieur de complétion du personnel de ConocoPhillips qui a présenté le document, ajoutant, "par perforation orientée, nous voulons dire que lorsque nous perforons, nous visons le côté haut du puits de forage" (SPE 204203).

Lorsque Horton a interrogé le public lors d'une récente conférence, plus de la moitié des personnes interrogées ont déclaré qu'elles utilisaient des systèmes de pistolet conçus pour orienter les charges de perforation selon un angle cible.

"Dans un an, peu de gens ne feront pas de perforation orientée ; les avantages en sont clairs", a déclaré Cramer. Il a promu l'idée au sein de l'entreprise pendant des années avec une acceptation mitigée.

L'argument de l'orientation est simple. Les tirs sont beaucoup plus susceptibles d'être de la même taille s'ils sont tous tirés sur la même cible, car ils parcourent tous la même distance.

La taille égale des trous est importante, car cela permet de garantir qu'une quantité suffisante de fluide et d'agent de soutènement est répartie plus uniformément entre les perforations pour s'assurer qu'elles sont efficacement stimulées.

Des différences de taille de seulement quelques centièmes de pouce peuvent signifier qu'un trou absorbe beaucoup plus de fluide et de soutènement, entraînant des fractures qui se développent de manière excessive, ce qui peut priver d'autres perforations du volume dont elles ont besoin pour la croissance des fractures.

L'impact mesuré par le frottement de perforation - un déterminant de la capacité d'écoulement - est beaucoup plus important que la surface ajoutée à mesure que le diamètre du trou augmente. "Tout changement de diamètre est énorme pour l'équation" car cette valeur est portée à la quatrième puissance, a déclaré Horton.

ConocoPhillips a décrit comment il a réduit le coût de la perforation en éliminant les composants du pistolet utilisés pour faire varier la direction du tir, ce qui a donné des pistolets à perforation qui, selon lui, étaient plus simples et plus fiables. Le nombre de perforations dans ces puits est également limité pour fournir une pression suffisante pour garantir que chacun est stimulé.

Lorsque les perforations ont été orientées, Ovintiv a pu réduire la pression de traitement de 550 psi et le temps nécessaire pour atteindre le niveau de pression de traitement prévu de 5 minutes, ce qui "nous fera économiser beaucoup d'argent", a déclaré Horton.

"Avec un coût aussi bas et une augmentation potentielle de la production, c'est un choix facile pour nous", a-t-il déclaré.

La réflexion qui a conduit à la perforation orientée a commencé par la question : pourquoi les tailles des trous percés à l'aide de charges de taille égale sont-elles significativement différentes de celles promises par les fabricants de charges creuses sur la base de leurs tests ?

La réponse était que dans un puits, où les tirs sont répartis autour du tubage, les tailles varient en raison des différences de distance entre le pistolet et la cible dans un tuyau rempli de fluide. De légères différences de diamètre lors de la perforation d'un tiers de pouce d'acier de qualité sont très importantes pour ces utilisateurs.

Ces problèmes sont devenus évidents lorsque des entreprises comme EV et DarkVision ont commencé à imager et à mesurer les perforations avant et après la fracture. Ces images montraient systématiquement que la taille variait en fonction de l'emplacement du mur, avec de petites différences de plus en plus importantes à mesure que les flux de fluide de fracturation ont un impact démesuré sur la taille des trous qui commencent avec des diamètres plus grands.

Par exemple, lorsque ConocoPhillips a mesuré les perforations tirées à divers angles autour du boîtier, les diamètres des trous variaient de 0,38 à 0,43 po, le diamètre le plus courant représentant environ 35 % des tirs.

Ces différences diminuaient lorsque les perforations orientées étaient comparées. L'opérateur a constaté que 80 % des trous percés dans le haut du tubage avaient un diamètre de 0,38 pouce et que les 20 % restants étaient à moins de 0,01 pouce de ce diamètre.

ConocoPhillips a rapporté que les plus grandes variations de taille de trou dans les étages perforés à plusieurs angles étaient cinq fois plus susceptibles d'avoir "des perforations incontrôlables qui s'érodaient tellement qu'elles prenaient la part du lion de la stimulation", a déclaré Snyder.

"L'une des pires choses à propos de la perforation non orientée est l'emballement des perforations", a déclaré Cramer. Alors que les longues fractures qui en résultent peuvent être productives dès le début, "elles peuvent causer des ravages au fur et à mesure que vous développez le champ".

Le simple fait d'orienter les perforations ne suffit pas pour assurer plus de production.

Ovintiv et ConocoPhillips prêtaient attention à d'autres détails qui garantissaient que le pompage sous pression fournissait le volume de traitement et la pression nécessaires pour stimuler efficacement la plupart des perforations.

En d'autres termes, la fracturation orientée a amélioré les performances des conceptions à entrée limitée.

Ils limitent le nombre de perforations dans une étape et la taille de ces trous pour s'assurer que chacun peut créer une fracture productive. Le défi est compliqué par le fait que certains emplacements de trous sont plus susceptibles d'absorber du liquide et de l'agent de soutènement que d'autres.

Les conceptions à entrée limitée ont rompu avec les conceptions de fracturation qui offraient autant de voies hors du tubage que possible dans l'espoir de maximiser le nombre de fractures créées.

La pensée a changé sur la base d'années d'articles et d'expériences montrant que les performances de fracture variaient considérablement. Quelques fractures dominantes ont obtenu la plus grande part du traitement.

Cela était souvent dû à un biais côté talon où une grande partie du traitement passe dans la première ou la deuxième perforation passée lorsque le fluide s'écoule dans le trou. Cela peut créer des fractures incontrôlées qui obtiennent la plus grande part du traitement tandis que d'autres en obtiennent peu.

Les utilisateurs à accès limité disent que la technique augmente considérablement le pourcentage de grappes traitées. Toutes les perforations ne peuvent pas obtenir la même stimulation, mais Snyder a déclaré que "l'entrée limitée est notre meilleure option pour traiter tous les groupes".

Un moyen facile de détecter si un ingénieur croit en une entrée limitée est de lui poser des questions sur l'alternative.

La réponse de Horton a été : "Ils font tout exploser. Ils font une tonne de trous... il y a des trucs partout, c'est une distribution terrible."

L'entrée limitée évolue à mesure que les utilisateurs acquièrent une meilleure compréhension des variables et lesquelles d'entre elles importent le plus sur la base des recherches et des données de terrain. Ces données ne sont souvent pas divulguées, forçant les autres à apprendre les mêmes leçons.

À ce stade, la définition d'orienté varie en fonction de la personne interrogée. La plus courante est que toutes les perforations sont dirigées vers un seul angle.

Mais Ovintiv oriente les perforations selon un plan horizontal au milieu de la paroi latérale. L'idée est que commencer latéralement réduit la pression et le temps nécessaires pour développer une fracture productive dans la formation STACK en Oklahoma, où la contrainte horizontale maximale dépasse la contrainte verticale du mort-terrain.

Horton a parlé à Cramer, qui considère la fracturation bilatérale comme une complication inutile par rapport à la simple concentration sur une seule cible.

Les travaux de ConocoPhillips ont montré que les fractures se développeront autour du tubage jusqu'à ce qu'elles trouvent le chemin de moindre résistance pour se développer vers l'extérieur. Cramer a suggéré de tester un coup droit parce qu'il s'attend à ce que le résultat soit similaire aux perforations latérales.

Alors que toutes ces discussions reviennent sans cesse sur la taille des trous, un article de la conférence sur la fracturation a proposé une autre justification de l'orientation selon un seul angle.

Xinghui Liu, conseiller principal en stimulation de puits pour Chevron Corp., a comparé différents schémas de tir à l'aide de la modélisation numérique de la dynamique des fluides. Sur la base de l'étalonnage des résultats de laboratoire avec des données de terrain, il a conclu que la force de l'écoulement à une perforation a tendance à rassembler l'agent de soutènement qui se déplace vers la perforation suivante (SPE 204182).

Liu a expliqué que la "force d'attraction" de l'écoulement concentre la boue près de cette partie du tubage, augmentant la quantité qui s'écoule des perforations ultérieures.

Les entreprises qui défendent la valeur de la perforation orientée s'efforcent de trouver un moyen peu coûteux d'atteindre leurs objectifs avec précision.

Ovintiv et ConocoPhillips se sont tous deux appuyés sur une approche simple pour élever les pistolets à l'angle cible - en utilisant un contrepoids sous la forme d'une barre de poids excentrique pour les maintenir en place.

D'après leur expérience, cela fonctionne même s'il manque le centre de la cible par une bonne marge.

Horton a partagé un tableau avec un tableau de points montrant l'angle réel de chaque tir regroupé autour d'une ligne rouge représentant la cible. La plupart se trouvaient à moins de 60° de la ligne rouge.

Il existe des méthodes plus précises que l'ajout de poids, comme un dispositif scellé qui tourne sur des roulements pour une visée plus précise. Mais Horton a déclaré que les appareils à usage unique coûtent jusqu'à 30 000 dollars par puits, tandis que les barres d'acier durables utilisées comme barres de poids excentriques sont "essentiellement gratuites".

Et il semble qu'il y ait une marge d'erreur acceptable pour la perforation orientée, bien qu'il n'y ait pas de limite de plage acceptée.

Cramer a déclaré avoir rencontré des sociétés de services qui ont des idées prometteuses pour répondre à ce besoin.

Alors que les conceptions de perforation orientées de ConocoPhillips exigent des perforations à 12 heures, les trous rapportés par le papier observés dans les puits ont tendance à se situer autour de 10 heures. Les auteurs ont déclaré que cela pourrait être le produit d'un couple refoulé dans le câble.

ConocoPhillips a modifié les composants de l'assemblage du pistolet pour améliorer son objectif, changements qu'il pourrait breveter, a déclaré Cramer.

Snyder a également déclaré que la prise de vue à un angle constant est plus importante que l'angle choisi.

Changer le point de sortie n'est pas susceptible de modifier le trajet de la fracture créée. Cramer a déclaré que les calculs géomécaniques utilisant des données de laboratoire et de recherche sur le terrain ont indiqué que la contrainte de cercle créée par le forage d'un trou conduit à une fracture se développant le long du puits de forage jusqu'à ce qu'il "rencontre une région de contrainte réduite qui lui permette de se déplacer transversalement".

Il y a un angle de perforation qui n'est pas à la mode : tirer droit vers le bas.

Un traitement efficace n'est pas le problème. Étant donné que le pistolet de perforation est normalement assis au fond du boîtier, c'est le tir le plus court. Il en résulte un trou plus grand, qui absorbera plus de liquide et d'agent de soutènement et conduira à une plus grande croissance. La force de gravité peut entraîner une concentration plus élevée d'agent de soutènement dans la partie inférieure du puits, accélérant l'érosion.

Il y a d'autres inconvénients à tirer vers le bas. À court terme, le sable s'accumule dans les parties inférieures du puits, ce qui rend difficile l'imagerie des perforations, bien que cela ne soit pas souvent fait. À long terme, une accumulation de sable pourrait recouvrir les perforations, affectant éventuellement la production.

Ces problèmes sont mineurs par rapport aux inconvénients associés à la prise de vue en haut et en bas.

Ovintiv a signalé que la perforation du haut et du bas - le plus petit trou était à 0° et le plus grand à 180° - entraînait une pression supplémentaire de 550 psi en raison des différences de taille des trous. Les trous plus grands ont reçu plus de fluide, ce qui a entraîné une distribution incohérente du lisier et a augmenté l'effort nécessaire pour stimuler les deux.

Lorsque Cramer a critiqué l'article, il a demandé à Horton pourquoi il comparait la fracturation latérale à un appariement où les grandes différences de taille sont connues pour causer le genre de problème qui a conduit à la fracturation orientée.

"Nous avons testé ce que nous pensions être le meilleur avec ce que nous pensions être le pire. Le résultat était comme nous l'espérions", a déclaré Horton, ajoutant : "Nous l'avons fait parce que beaucoup de gens tournent encore avec une orientation de 0° à 180°."

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