完了（石油・ガス井）

坑井仕上げとは、掘削作業後に坑井を生産（または注入）できる状態にするプロセスです。主に、坑井の底を必要な仕様に整え、生産チューブとそれに関連する坑井ツールを通し、必要に応じて穿孔と刺激を行います。ケーシングを通し、セメントで固めるプロセスも含まれる場合があります。坑井を掘削した後、掘削流体が除去されると、坑井は最終的に閉じてしまいます。ケーシングは、このような事態が起きないようにすると同時に、水や砂などの外部の要因から坑井ストリームを保護します。^[1]

これは、生産ゾーンまたは注入ゾーンを横切る井戸の部分を指します。井戸設計者は、貯留層の状態に応じて下部完成部 (ダウンホール完成部) を設計するために、多くのツールとオプションを利用できます。通常、下部完成部は、ライナー ハンガー システムを使用して生産ゾーンを横切って設置され、下部完成部を生産ケーシング ストリングに固定します。下部完成部の大まかなカテゴリを以下に示します。

このタイプは最も基本的なものですが、硬岩、多面掘削、アンダーバランス掘削に適しています。生産性の高い貯留層セクションをチューブラーなしで残します。これにより、地層からの流体の流れを制御できなくなります。砂の制御が必要な弱い地層や、石油、ガス、水の各区間を選択的に分離する必要がある地層には適していません。ただし、コイルドチュービングやトラクターなどの介入の進歩により、ベアフット井戸をうまく生産できるようになりました。

生産ケーシングは、対象ゾーンを掘削する前に、対象ゾーンの上に設置されます。対象ゾーンは坑井に開かれています。この場合、穿孔による費用はほとんど発生しません。ログの解釈は重要ではありません。坑井は簡単に深くすることができ、スクリーンとライナーに簡単に変換できます。ただし、過剰なガスと水の生産は制御が難しく、頻繁に清掃が必要になる場合があります。また、間隔を選択的に刺激することはできません。

この指定は、生産ゾーン全体にケーシングやライナーがセメントで固定されていない一連の仕上げを指します。適切な地層では、ゾーンが完全にむき出しのままになる場合もありますが、通常は何らかの砂制御および/または流量制御手段が組み込まれています。

近年、オープンホール仕上げは大幅に普及しており、多くの構成があり、多くの場合、特定の貯留層の問題に対処するために開発されています。オープンホール仕上げの成功を後押しする最近の開発が数多くあり、セメントによる設置がより高価で技術的に難しい水平井でも人気があります。オープンホール仕上げの一般的なオプションは次のとおりです。

プレドリル ライナーとも呼ばれます。ライナーには複数の小さな穴が開けられ、生産ゾーン全体に設置されて、坑井の安定性と介入導管を提供します。プレドリル ライナーは、膨張性エラストマー、機械式パッカー、外部ケーシング パッカーなどのオープンホール パッカーと組み合わせて、ゾーンの分離と隔離を行うことがよくあります。プレドリル ライナー、ソリッド ライナー、膨張性エラストマー パッカーを組み合わせて、不要な水またはガス ゾーンを最初に隔離することは、現在ではごく一般的になっています。複数のスライディング スリーブをオープンホール パッカーと組み合わせて使用​​することで、坑井の寿命にわたってゾーン フロー制御にかなりの柔軟性を持たせることもできます。

このタイプの完了は、一部の水注入井でも採用されていますが、水注入装置で発生するかなりの圧力と温度の変化により、オープンホール パッカーにははるかに高いパフォーマンス範囲が要求されます。

オープンホール仕上げでは (セメントパイプと比較して) 地層の損傷、坑井の清掃、流体損失の制御についてより深く理解する必要があります。重要な違いは、穿孔では坑井周囲の最初の 6 ～ 18 インチ (15 ～ 45 cm) の地層を貫通するのに対し、オープンホール仕上げでは貯留層流体が坑井周囲の濾過液侵入ゾーン全体を流れ、泥ろ過ケーキを取り除く必要があることです。

多くのオープンホール完了では、上部完了の実行中に坑井制御を提供するために、ライナーの上部に流体損失バルブが組み込まれます。

オープンホールの完成のオプションを拡張するためのアイデアが市場にどんどん登場しています。たとえば、電子機器を使用して自動開閉ライナー バルブを作動させることができます。これをオープンホールの完成に使用して、坑口から 100 日間生産を開始し、その後、坑口を自動で開くことで、クリーンアップを改善できます。流入制御装置とインテリジェントな完成も、オープンホールの完成として設置されます。

事前に穴を開けたライナーは、坑井が瓦礫の塊で崩壊すると考えられる場合に、固形物の生産をある程度基本的に制御できる可能性がありますが、通常は砂制御の完了とは見なされません。

スロット付きライナーは、事前に穴を開けたライナーの代替として選択できます。これは、個人の好みや現場での確立された慣習による場合もあります。また、低コストで砂/固形物の生成を制御するために選択することもできます。スロット付きライナーには、各ジョイントの長さと円周にわたって、たとえば 2 mm × 50 mm の複数の縦方向のスロットが機械加工されています。レーザー切断の最近の進歩により、スロット加工ははるかに安価に、はるかに狭いスロット幅で実行できるようになり、場合によっては、スロット付きライナーが砂制御スクリーンと同じ機能に使用されるようになりました。

これは、ライナーが地層砂の動きを機械的に抑える必要がある場合に選択されます。オープンホール砂制御には多くの種類がありますが、スタンドアロン スクリーン、オープンホール グラベル パック (外部グラベル パックとも呼ばれ、砂制御スクリーンの周りにサイズ調整された砂の「グラベル」が環状に配置されます)、拡張可能スクリーンの 3 つが一般的な選択肢です。スクリーンの設計は主にワイヤー ラップまたはプレミアムです。ワイヤー ラップ スクリーンは、スパイラル溶接された耐腐食性ワイヤーを掘削ベースパイプの周りに巻き付けて、一貫した小さならせん状の隙間 (0.012 インチ (0.30 mm) など、12 ゲージと呼ばれます) を提供します。プレミアム スクリーンは、織られた金属布をベースパイプの周りに巻き付けて使用します。拡張可能スクリーンは、深さまで敷設してから、機械的にスエージ加工して直径を大きくします。理想的には、拡張可能スクリーンは坑井壁に接触するまでスエージ加工します。

これは、現在使用されている最も一般的なオープンホールの完成です。基本的には垂直オープンホールの完成と同じですが、水平井戸では貯留層との接触が大幅に拡大され、井戸の生産量または注入率が上がります。水平井戸の砂の制御は、垂直井戸とはまったく異なります。砂利の配置に重力に頼ることはもうできません。ほとんどのサービス会社は、アルファ波とベータ波の設計を使用して、水平井戸の全長を砂利で覆います。ブラジルの深海貯留層を含む多くの事例で、非常に長い井戸 (約 6,000 フィート) に砂利を詰めることが成功していることが知られています。

この場合、ケーシングは主要ゾーンの上に設置されます。セメントで固められていないスクリーンとライナーのアセンブリが、有効区間全体に設置されます。この技術により、地層の損傷が最小限に抑えられ、砂を制御できるようになります。また、清掃も容易になります。穿孔費用もほとんどかかりません。ただし、ガスと水の蓄積は制御が難しく、選択的な刺激は不可能であるため、井戸を簡単に深くすることができず、追加の掘削時間が必要になる場合があります。

ケーシングは生産ゾーンの上に設置され、ゾーンが掘削され、ライナー ケーシングが所定の位置にセメントで固定されます。次に、生産のためにライナーに穴が開けられます。このとき、ケーシングの穴あけには追加費用が発生し、ログの解釈も重要で、高品質のセメント作業を得るのが難しい場合があります。

生産ケーシングはゾーン全体にわたってセメントで固められ、有効部分は選択的に穿孔されます。ガスと水は砂と同様に簡単に制御できます。地層を選択的に刺激し、井戸を深くすることができます。この選択は他の完了構成に適応可能で、ケーシングの決定を支援するログが用意されています。はるかに優れた一次ケーシングです。ただし、ゾーンに損傷を与える可能性があり、ログの適切な解釈が必要です。穿孔コストは非常に高くなる可能性があります。

これには、ケーシングとライナーを生産ゾーンまで通して、所定の位置にセメントで固定することが含まれます。 坑井と地層は、穿孔によって接続されます。 穿孔間隔を正確に配置できるため、このタイプの完了では流体の流れをうまく制御できますが、ライナーの後ろの流体の流れを防ぐにはセメントの品質に依存します。 そのため、これは最も一般的な完了形式です...

• ケーシングフロー: 生産流体の流れがケーシングを通って表面に到達する経路が 1 つだけあることを意味します。
• ケーシングとチューブのフロー: ケーシング内にチューブがあり、流体が表面に到達できることを意味します。このチューブは、化学薬品注入のキル ストリングとして使用できます。チューブの端には、圧力テストの手段として「立ち入り禁止」ニップルが付いている場合があります。
• ポンピング フロー: チューブとポンプは作動流体の下の深さまで通されます。ポンプとロッド ストリングはチューブ内に同心円状に取り付けられます。チューブ アンカーは、ポンピング中のチューブの動きを防止します。
• チューブ フロー: チューブ ストリングと生産パッカーが取り付けられています。パッカーは、すべての流れがチューブを通過することを意味します。チューブ内には、チューブを通る流体の流れを制御するのに役立つツールの組み合わせを取り付けることができます。
• ガスリフトウェル: ガスは、チューブストリップのマンドレルに設置されたバルブに供給されます。静水頭が下がり、流体がガスリフトされて地表に持ち上げられます。
• 単一井戸の交互完了: この場合、2 つのゾーンを持つ井戸があります。両方のゾーンから生産するために、パッカーでゾーンを分離します。穿孔領域内のチューブにブラスト ジョイントを使用できます。これらは、生産ゾーンからの流体の摩耗に耐えることができる厚い壁のサブです。この配置は、下位ゾーンの枯渇を考慮して上位ゾーンから生産する必要がある場合にも機能します。チューブには、フロー制御メカニズムが付いている場合もあります。
• シングルウェル同心キルストリング: ウェル内では、小径の同心キルストリングを使用して、必要に応じてキル液を循環させます。
• シングルウェル 2 チューブ完了: この場合、2 本のチューブ ストリングが 1 つのウェルに挿入されます。これらは、下端で循環ヘッドによって接続されます。化学物質を 1 つのチューブに循環させながら、もう 1 つのチューブで生産を継続できます。

上部完了とは、生産チューブの下部から上方のすべてのコンポーネントを指します。この「完了ストリング」を適切に設計することは、貯留層の状態を考慮して井戸が適切に流れるようにし、生産と安全性の向上に必要と思われる操作を可能にするために不可欠です。

これは、ケーシングストリングが吊り下げられ、防噴装置またはクリスマスツリーが接続される、井戸の表面にある圧力容器です。

これは、井戸から処理プラントへの流れ（または注入井戸の場合はその逆）を制御し、化学圧搾^{[明確化が必要(定義) ]}および井戸介入のためのアクセスを可能にするバルブの主要アセンブリです。

このコンポーネントは、坑口の上部、チューブ ヘッドフランジ内に配置され、生産チューブの主なサポートとして機能します。

チューブ ハンガーは、チューブを環状部から隔離するためにゴムまたはポリマーのシーリング リングを使用して製造される場合があります。

チューブハンガーはラグボルトでチューブヘッドフランジ内に固定されています。これらのラグボルトはチューブハンガーに下向きの圧力をかけ、シーリングガスケットを圧縮し、チューブが静水圧的または機械的に環状部から排出されるのを防ぎます。^[2]

生産チューブは、炭化水素を貯留層から地表へ（または逆方向に注入材料を）輸送するための主な導管です。生産チューブは、坑口上部のチューブ ハンガーから、通常は生産ゾーンの上部のすぐ上の地点まで伸びています。

生産用チューブはさまざまな直径で提供されており、通常は 2 インチから 4.5 インチの範囲です。

生産チューブは、特定の硬度、耐腐食性、または引張強度の要件を満たすために、さまざまなグレードの合金を使用して製造される場合があります。

チューブは、耐腐食性や耐浸食性を高めるために、さまざまなゴムやプラスチックのコーティングで内部をコーティングすることができます。

このコンポーネントは、炭化水素の制御されない放出から地表を保護する最後の手段として意図されています。これは、ボールまたはフラッパーの閉鎖機構を備えた円筒形のバルブです。これは生産チューブ内に設置され、DHSV の油圧チャンバーに接続され、地表で油圧アクチュエータに終端する 6.35 mm (1/4") 制御ラインに含まれる地表からの高圧油圧ラインによって開位置に保持されます。高圧は、ツリーのチョークの上流のチューブ内の生産圧力を克服するために必要です。バルブは、臍帯 HP ラインが切断されるか、坑口/ツリーが破壊されると作動します。

このバルブにより、流体が生産チューブを通過またはポンプで送り出されます。閉じられた状態では、DHSV は炭化水素の流れの方向に障壁を形成しますが、流体は井戸の閉鎖操作のためにポンプで送り出すことができます。このバルブは、プラットフォームの崩壊によって生じるクレーター形成などのあらゆる表面の乱れから安全とみなされる限り、海面下に配置されます。ハイドレートが形成される可能性が高い場合 (ほとんどの生産でこのリスクがあります)、海底下の SCSSV (表面制御式、海底下安全バルブ) の深さは最大1 km になることがあります。これにより、地熱温度が十分に高くなり、ハイドレートがバルブを塞ぐのを防ぐことができます。

ガスリフト機能を備えた井戸では、多くのオペレータは、パイパーアルファで起こったように、天然ガスの坑内在庫が危険になるのを防ぐために生産チューブを 隔離するために DHSV が必要になるのと同じ理由で、Aアニュラスを隔離するバルブを設置することが賢明であると考えています。

これは、メインの管状導管の横に「サイドポケット」を備えた溶接/機械加工製品です。サイドポケットは通常、直径 1 インチまたは 1½ インチで、ガスリフトバルブを収容するように設計されています。このバルブにより、高圧ガスがチューブ内に流入し、チューブの圧力が下がり、炭化水素が上方に移動できるようになります。

この装置は、貯留層の圧力が不十分な場合に炭化水素を地表に押し上げるためのエネルギーを供給する 人工揚水に使用されます。

電動水中ポンプ (ESP) は、生産チューブの底部または生産チューブの内側 (スルーチューブ ESP) に設置されます。

ESP は電気で駆動されるため、機能するために必要な電力を供給するために、地表から特殊な坑口と配管ハンガーを介して電気通信導管を敷設する必要があります。

設置時には、電源ケーブルが ESP に接続され、穴に通される際に耐腐食性の金属バンドによってチューブの外側に取り付けられます。

ケーブルがケーシング壁に擦れて早期に故障するのを防ぐために、各チューブ カラーにキャノン ガードと呼ばれる特殊なガードを取り付けることができます。

電源ケーブルの損傷を防ぐために、設置および改修のプロセスでは慎重な考慮が必要です。

他の多くの人工採油方法と同様に、ESP はチューブ底部の底部圧力を下げて、炭化水素がチューブ内に流入できるようにします。

機械加工された内面を持つ厚肉管の短い部分として製造された完成部品で、シール領域とロック プロファイルを提供します。ほとんどの完成部品には、プラグやチョークなどの流量制御装置を設置できるように、所定の間隔でランディング ニップルが含まれています。一般的に使用されるランディング ニップルには、ノーゴー ニップル、選択ランディング ニップル、ポート付きまたは安全弁ニップルの 3 つの基本タイプがあります。

スライディング スリーブは、油圧または機械的に作動し、チューブと「A」環状部との間の連絡を可能にします。これらは、複数の貯留井でゾーン間の流量を調節するためによく使用されます。

パッカーは、チューブと内部ケーシングの間の環状部と井戸の底部を隔離します。これは、貯留層流体がケーシングの全長にわたって流れ上がり、ケーシングを損傷するのを防ぐためです。通常、パッカーはチューブの底部近く、生産ゾーンのすぐ上に配置されます。

これは、地下の圧力と温度を継続的に監視する電子センサーまたは光ファイバーセンサーです。ゲージは、チューブ ストリングの外側にクランプされた 1/4 インチの制御ラインを使用して、地上への電気通信または光ファイバー通信を提供するか、チューブ壁の音響信号によって測定データを地上に送信します。これらの監視デバイスから取得された情報は、貯留層をモデル化したり、特定の坑井の寿命や問題を予測したりするために使用できます。

これは、穴が開けられた長いチューブです。使用する場合は、通常、パッカーの下に配置され、たとえば穿孔ガンが詰まってシューが詰まった場合に、リザーバー流体をチューブに流入させる代替経路となります。

このコンポーネントは、完了ストリングの足元に配置され、キルウェイト流体を必要とせずに完了操作のために地層から双方向に分離するために使用されます。完了プロセスの最後に開く場合の信頼性に関して最高の評判を得ていないため、散発的に使用されます。

大きく偏向した井戸では、このコンポーネントは完了部の下部に配置されることがあります。このコンポーネントは大きなカラーで構成されており、セメントを充填する際に完了ストリングを穴の中央に保ちます。

このコンポーネントは、多くの場合、チューブの端、つまり「シュー」に取り付けられます。これは、ツールストリングがシューの側面に引っかかることなくチューブに再び入るためのガイド面を提供することで、ワイヤーライン ツールの引き出しを容易にすることを目的としています。

ケーシング ホールの完成 (ほとんどの井戸) では、完成ストリングが設置されると、最終段階では坑井と地層を接続します。これは、接続を確立するために、ケーシングまたはライナーに穴を開ける穿孔銃を作動させることによって行われます。現代の穿孔は、対戦車ロケット (バズーカ) で使用される装甲貫通爆薬に似た成形爆薬を使用して行われます。

井戸が完全に完成した後でも、計画された生産性を達成するためにさらなる刺激が必要になる場合があります。刺激技術は数多くあります。

これには、化学物質を注入して表層の損傷を食い止め、地層を「浄化」し、貯留層流体の流れを改善することが含まれます。岩石層を溶解するために強酸 (通常は塩酸) が使用されますが、この酸は炭化水素とは反応しません。その結果、炭化水素にアクセスしやすくなります。酸は、鉱物を含んだ産出水から形成されるスケールを井戸から除去するためにも使用できます。

これは、穿孔トンネルから地層のより深いところまで亀裂を作って拡張し、地層の流体が坑井に流れ込む表面積を増やすとともに、坑井付近の損傷の可能性をすべて越えて拡張することを意味します。これは、高圧で流体を注入する (水圧破砕)、丸い粒状物質を混ぜた流体を注入する (プロパント破砕 )、または爆薬を使用して高圧高速ガス流 ( 最大 1,900,000 psi (13,000,000 kPa) の TNT または PETN ) および ( 最大 4,000 psi (28,000 kPa) の推進剤刺激 ) を生成することによって実行できます。

これには、爆発物の使用と、酸性岩石の接触を増やすための化学物質の注入が含まれます。

場合によっては、坑井内の仕上げ流体、つまり重質塩水の残留物により生産性が低下することがあります。これは特にガス 井で問題となります。このような場合、コイルチューブを使用して高圧の窒素を坑井の底に送り込み、塩水を循環させることがあります。

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