編譯:熊慶生 (大慶市讓胡路區(qū)經(jīng)濟開發(fā)小區(qū)管理委員會)

審校:張興平 (大慶油田工程有限公司)

高速遙感勘測技術(shù)對鉆井過程的影響

編譯:熊慶生 (大慶市讓胡路區(qū)經(jīng)濟開發(fā)小區(qū)管理委員會)

審校:張興平 (大慶油田工程有限公司)

隨著復(fù)雜的MWD和LWD服務(wù)的投資組合的增加,遙感勘測帶寬被認為是限制自動化發(fā)展的技術(shù)因素。文章介紹了高速泥漿脈沖遙感勘測技術(shù)和固定鉆柱遙感勘測技術(shù)的應(yīng)用實例,以及實現(xiàn)最優(yōu)化目標(biāo)和實現(xiàn)可預(yù)測,可重復(fù)鉆井操作的過程。

鉆探技術(shù) 泥漿脈沖遙感勘測固定鉆柱遙感勘測 數(shù)據(jù)傳輸速率 應(yīng)用實例

1 遙感勘測數(shù)據(jù)傳輸速率

鉆井技術(shù)的每個突破都會對遙感勘測速度產(chǎn)生更高的要求,這就需要有新的遙感勘測技術(shù)來滿足要求。因此,高速遙感勘測技術(shù)的意義已經(jīng)改變,并且將會隨著時間不斷改變。

近期鉆井技術(shù)最主要的變化已經(jīng)使隨鉆測井(MWD)和隨鉆錄井 (LWD)服務(wù)的精度大幅度提高,如鉆井動態(tài)、地層壓力測試、高分辨率電阻率和電子成像以及磁共振測量等。

因為地層被穿透后會立刻進行測井,因此MWD和LWD服務(wù)在降低了對電纜測井需求的同時提高了測井質(zhì)量。與電纜測井相比,MWD/ LWD工具可以“看到”剛切斷的地層而不是在鉆出泥漿暴露在外好多天后去測井,后者會導(dǎo)致地層變質(zhì)。現(xiàn)在也可以使用井下動態(tài)鉆井測量技術(shù),這在以前是不可能的。

過去,所有采集的井下數(shù)據(jù)的傳輸能力是MWD和LWD服務(wù)的最大挑戰(zhàn)。大多數(shù)的測量是寫在井下工具的記憶板上,并且僅僅一小部分收集的數(shù)據(jù)被實時地傳送到地面。當(dāng)把鉆頭從井中取出后,會把數(shù)據(jù)從記憶板中恢復(fù)。

通過高速遙感勘測技術(shù)得到的實時信息反映了MWD/LWD服務(wù)的潛力,實現(xiàn)了鉆井過程的實時最優(yōu)化。最優(yōu)化的目標(biāo)有以下幾方面:

◇操作安全性潛在地影響項目成本,尤其對重大事故。因此,高操作安全性減少了產(chǎn)生這種費用的風(fēng)險。

◇鉆機平均日進尺 (鉆探設(shè)備每日成本)是主要的成本因素,尤其是近海操作,并且驅(qū)動操作希望獲得最大的機械鉆速。即使在當(dāng)今競爭經(jīng)濟形勢下,鉆機速率仍然對井的總成本起著重要的作用。當(dāng)經(jīng)濟恢復(fù)或?qū)τ秃蜌獾男枨笤俅卧黾訒r,鉆機速率將很可能會起到反作用。

◇確定井眼的位置來保證最大采收率是非常重要的,尤其是當(dāng)油藏成熟時。

◇井眼的完整性對于一個成功的完井來說非常重要。預(yù)防比修補一個坍塌的井眼所需的成本要少得多。

投資一口井后要想獲得最多的回報,就需要對以上四個目標(biāo)綜合后實現(xiàn)最大化。工藝上也要考慮特殊的井,這些井今后會增加問題的復(fù)雜性。因此,若要成功地將以上因素的綜合結(jié)果最大化,只能使鉆井過程比現(xiàn)在更加自動化。

2 高速遙感勘測技術(shù)

由于鉆井應(yīng)用的多樣性與復(fù)雜性,與最優(yōu)化目標(biāo)同樣重要的是指從一個井傳輸?shù)搅硪粋€井的實時數(shù)據(jù)的必要條件。操作者和技術(shù)提供者必須認真分析每一口井的實施數(shù)據(jù)、進程的必要條件、約束條件以及遙感勘測系統(tǒng)。

兩種遙感勘測技術(shù) (泥漿脈沖和固定鉆柱)都已經(jīng)研究了幾十年。過去的6年里,遙感勘測技術(shù)有了長足的發(fā)展。數(shù)據(jù)傳輸速率達到40bps時,可以選擇高速泥漿脈沖遙感勘測。如果對數(shù)據(jù)速率有更高的要求,那么有線管遙感勘測就是唯一的選擇。

高速泥漿脈沖遙感勘測技術(shù)的發(fā)展推動了地面數(shù)據(jù)采集和過程處理技術(shù)的進步。這導(dǎo)致延伸鉆井(ERD)的井中傳輸數(shù)據(jù)的能力比過去更強。過去數(shù)年里,在ERD方面泥漿脈沖系統(tǒng)的成果包括:

◇3.5bps@34 570 ft(Baker Hughes aXcelerate)

◇3bps@35 000 ft(Schlumberger OrionⅡ)

◇3bps@38 320 ft(Baker Hughes aXcelerat)

◇1.5bps@40 320 ft(Schlumberger OrionⅡ)

當(dāng)有線管系統(tǒng)使用中繼器來增強信號傳輸?shù)降孛鏁r,深度就不會限制帶寬。

3 應(yīng)用實例

3.1 高速遙感勘測

遙感勘測系統(tǒng)的選擇取決于與特殊井相關(guān)的操作限制條件。下面介紹兩種技術(shù)的應(yīng)用實例:中東使用高速泥漿脈沖遙感勘測技術(shù)進行儲層定位;安達曼海和印度近海使用有線管遙感勘測技術(shù)進行加壓鉆井 (MPD)。

3.1.1 儲層導(dǎo)航在橫向薄儲層中的使用 (中東陸上)

在這個特定的區(qū)域,水平井在嚴格的公差范圍內(nèi)穿過含雜質(zhì)的碳酸鹽層段使儲層的開采達到最大化,操作者想將井筒放置在儲層的最優(yōu)位置,同時為了減少操作成本需要保持較高的機械鉆速ROP。當(dāng)高速泥漿脈沖遙感勘測的數(shù)據(jù)傳輸速率在20 bps時,操作者可以得到實時高分辨密度和60扇區(qū)電子圖像來操控所需層位的3 700 ft(1 ft=30.48 cm)長的水平剖面,而該層位僅有3 ft的地層厚度。包含成功的布井在內(nèi),3天內(nèi)就能完成一口井,這比之前完成一口補償井要省時。

3.1.2 閉環(huán)MPD(安達曼海)

2007年1月,馬來西亞石油公司將Nagar-Ⅰ探井鉆進安達曼海底下1 312 ft處。馬來西亞石油公司通過地震勘察研究,預(yù)測淺灘儲氣砂層在海底以下853～1 312 ft之間。連接過程和一個井涌過程中進行鉆井時的井涌檢測速度、響應(yīng)時間、自動化井涌控制和井底壓力 (BHP)精確控制都被認為是鉆井計劃階段的重要工作。

常規(guī)鉆井和遙感勘測系統(tǒng)不能提供這些功能,通過有線鉆井方式,壓力管理系統(tǒng)與MWD系統(tǒng)連接創(chuàng)建一個MPD系統(tǒng) (圖1)。壓力管理軟件的數(shù)據(jù)是由來源于微井涌檢測的流量計的環(huán)狀數(shù)據(jù),和利用有線鉆柱遙感勘測技術(shù)的MWD工具傳輸?shù)降乇淼臄?shù)據(jù)組成。

這是第一次將這些技術(shù)結(jié)合起來并作為閉環(huán)壓力控制系統(tǒng)使用。

安裝該系統(tǒng)后,當(dāng)氣體流量降至 1 gal/min (1 gal=3.785 L)時,能夠被系統(tǒng)檢測到。井涌也可以及早被發(fā)現(xiàn),因此能及時關(guān)閉井。同時還使用PWD數(shù)據(jù)控制井,而這些數(shù)據(jù)也能反饋給MPD系統(tǒng)。

因為在壓井作業(yè)時沒有泥流,所以泥漿脈沖遙感勘測系統(tǒng)不能提供所要求的數(shù)據(jù)。由于缺少流量,一個渦輪不能完全驅(qū)動井底鉆具組合(BHP),但可以用電池來代替進行驅(qū)動。

鉆井過程中BHP保持在理想壓力窗15 psi (1 psi=6.895 kPa)內(nèi),連接過程時保持在 ±45 psi。這樣就可以在無井控情況下完成鉆井。

圖1 通過有線鉆柱把來自流量計和井下壓力儀的數(shù)據(jù)提供給由壓力管理系統(tǒng)組成的閉合壓力控制系統(tǒng)

4 總結(jié)

以上實例描述了兩種類型的高速遙感勘測系統(tǒng)的應(yīng)用。一方面,有線管遙感勘測傳輸?shù)却龝r間短,即使在徑流情況下也能提供數(shù)據(jù)。該系統(tǒng)未來應(yīng)用潛力將會很大。

另一方面,最新一代的高速泥漿脈沖遙感勘測能夠提供高分辨、實時的數(shù)據(jù)來實現(xiàn)實時鉆井優(yōu)化和儲層定位,而不需要一個新的鉆柱、變換成頂驅(qū)或者了解一個包含數(shù)百個部件的系統(tǒng)邏輯。泥漿脈沖系統(tǒng)運行常規(guī)鉆井技術(shù),使成本更低,并且可以普遍使用。

目前的遙感勘測有能力傳輸大量的實時的MWD/LWD數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)傳輸已經(jīng)不是自動化鉆井的障礙。下一步需要考慮的是管理高容量的實時數(shù)據(jù)和自動化數(shù)據(jù)的解釋和決策過程。

圖1中的壓力管理示例是獨一無二的,因為它的數(shù)據(jù)采集和傳輸、自動化數(shù)據(jù)解釋和決策過程,以及當(dāng)前系統(tǒng)控制采用的是閉環(huán)方法。目前,隨著高分辨率實時數(shù)據(jù)的使用,未來的應(yīng)用將遵循高層次的集成系統(tǒng)的概念,并且最大限度地提高鉆井項目的經(jīng)濟效益。

資料來源于美國《J PT》2009年6月

10.3969/j.issn.1002-641X.2010.5.013

2009-04-06)