編譯:熊慶生 (大慶市讓胡路區(qū)經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)小區(qū)管理委員會(huì))

審校:張興平 (大慶油田工程有限公司)

高速遙感勘測(cè)技術(shù)對(duì)鉆井過(guò)程的影響

編譯:熊慶生 (大慶市讓胡路區(qū)經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)小區(qū)管理委員會(huì))

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(cè)帶寬被認(rèn)為是限制自動(dòng)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(cè)技術(shù)和固定鉆柱遙感勘測(cè)技術(shù)的應(yīng)用實(shí)例,以及實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化目標(biāo)和實(shí)現(xiàn)可預(yù)測(cè),可重復(fù)鉆井操作的過(guò)程。

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

1 遙感勘測(cè)數(shù)據(jù)傳輸速率

鉆井技術(shù)的每個(gè)突破都會(huì)對(duì)遙感勘測(cè)速度產(chǎn)生更高的要求,這就需要有新的遙感勘測(cè)技術(shù)來(lái)滿足要求。因此,高速遙感勘測(cè)技術(shù)的意義已經(jīng)改變,并且將會(huì)隨著時(shí)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(cè)井(MWD)和隨鉆錄井 (LWD)服務(wù)的精度大幅度提高,如鉆井動(dòng)態(tài)、地層壓力測(cè)試、高分辨率電阻率和電子成像以及磁共振測(cè)量等。

因?yàn)榈貙颖淮┩负髸?huì)立刻進(jìn)行測(cè)井,因此MWD和LWD服務(wù)在降低了對(duì)電纜測(cè)井需求的同時(shí)提高了測(cè)井質(zhì)量。與電纜測(cè)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(cè)井,后者會(huì)導(dǎo)致地層變質(zhì)?，F(xiàn)在也可以使用井下動(dòng)態(tài)鉆井測(cè)量技術(shù),這在以前是不可能的。

過(guò)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(cè)量是寫(xiě)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(shí)時(shí)地傳送到地面。當(dāng)把鉆頭從井中取出后,會(huì)把數(shù)據(jù)從記憶板中恢復(fù)。

通過(guò)高速遙感勘測(cè)技術(shù)得到的實(shí)時(shí)信息反映了MWD/LWD服務(wù)的潛力,實(shí)現(xiàn)了鉆井過(guò)程的實(shí)時(shí)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(xiàng)目成本,尤其對(duì)重大事故。因此,高操作安全性減少了產(chǎn)生這種費(fèi)用的風(fēng)險(xiǎn)。

◇鉆機(jī)平均日進(jìn)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(dòng)操作希望獲得最大的機(jī)械鉆速。即使在當(dāng)今競(jìng)爭(zhēng)經(jīng)濟(jì)形勢(shì)下,鉆機(jī)速率仍然對(duì)井的總成本起著重要的作用。當(dāng)經(jīng)濟(jì)恢復(fù)或?qū)τ秃蜌獾男枨笤俅卧黾訒r(shí),鉆機(jī)速率將很可能會(huì)起到反作用。

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

◇井眼的完整性對(duì)于一個(gè)成功的完井來(lái)說(shuō)非常重要。預(yù)防比修補(bǔ)一個(gè)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(bào),就需要對(duì)以上四個(gè)目標(biāo)綜合后實(shí)現(xiàn)最大化。工藝上也要考慮特殊的井,這些井今后會(huì)增加問(wèn)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(guò)程比現(xiàn)在更加自動(dòng)化。

2 高速遙感勘測(cè)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(gè)井傳輸?shù)搅硪粋€(gè)井的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的必要條件。操作者和技術(shù)提供者必須認(rèn)真分析每一口井的實(shí)施數(shù)據(jù)、進(jìn)程的必要條件、約束條件以及遙感勘測(cè)系統(tǒng)。

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

高速泥漿脈沖遙感勘測(cè)技術(shù)的發(fā)展推動(dòng)了地面數(shù)據(jù)采集和過(guò)程處理技術(shù)的進(jìn)步。這導(dǎo)致延伸鉆井(ERD)的井中傳輸數(shù)據(jù)的能力比過(guò)去更強(qiáng)。過(guò)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(lái)增強(qiáng)信號(hào)傳輸?shù)降孛鏁r(shí),深度就不會(huì)限制帶寬。

3 應(yīng)用實(shí)例

3.1 高速遙感勘測(cè)

遙感勘測(cè)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(shí)例:中東使用高速泥漿脈沖遙感勘測(cè)技術(shù)進(jìn)行儲(chǔ)層定位;安達(dá)曼海和印度近海使用有線管遙感勘測(cè)技術(shù)進(jìn)行加壓鉆井 (MPD)。

3.1.1 儲(chǔ)層導(dǎo)航在橫向薄儲(chǔ)層中的使用 (中東陸上)

在這個(gè)特定的區(qū)域,水平井在嚴(yán)格的公差范圍內(nèi)穿過(guò)含雜質(zhì)的碳酸鹽層段使儲(chǔ)層的開(kāi)采達(dá)到最大化,操作者想將井筒放置在儲(chǔ)層的最優(yōu)位置,同時(shí)為了減少操作成本需要保持較高的機(jī)械鉆速ROP。當(dāng)高速泥漿脈沖遙感勘測(cè)的數(shù)據(jù)傳輸速率在20 bps時(shí),操作者可以得到實(shí)時(shí)高分辨密度和60扇區(qū)電子圖像來(lái)操控所需層位的3 700 ft(1 ft=30.48 cm)長(zhǎng)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(bǔ)償井要省時(shí)。

3.1.2 閉環(huán)MPD(安達(dá)曼海)

2007年1月,馬來(lái)西亞石油公司將Nagar-Ⅰ探井鉆進(jìn)安達(dá)曼海底下1 312 ft處。馬來(lái)西亞石油公司通過(guò)地震勘察研究,預(yù)測(cè)淺灘儲(chǔ)氣砂層在海底以下853～1 312 ft之間。連接過(guò)程和一個(gè)井涌過(guò)程中進(jìn)行鉆井時(shí)的井涌檢測(cè)速度、響應(yīng)時(shí)間、自動(dòng)化井涌控制和井底壓力 (BHP)精確控制都被認(rèn)為是鉆井計(jì)劃階段的重要工作。

常規(guī)鉆井和遙感勘測(cè)系統(tǒng)不能提供這些功能,通過(guò)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(gè)MPD系統(tǒng) (圖1)。壓力管理軟件的數(shù)據(jù)是由來(lái)源于微井涌檢測(cè)的流量計(jì)的環(huán)狀數(shù)據(jù),和利用有線鉆柱遙感勘測(cè)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(lái)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(shí),能夠被系統(tǒng)檢測(cè)到。井涌也可以及早被發(fā)現(xiàn),因此能及時(shí)關(guān)閉井。同時(shí)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?yàn)樵趬壕鳂I(yè)時(shí)沒(méi)有泥流,所以泥漿脈沖遙感勘測(cè)系統(tǒng)不能提供所要求的數(shù)據(jù)。由于缺少流量,一個(gè)渦輪不能完全驅(qū)動(dòng)井底鉆具組合(BHP),但可以用電池來(lái)代替進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。

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

圖1 通過(guò)有線鉆柱把來(lái)自流量計(jì)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(shí)例描述了兩種類型的高速遙感勘測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用。一方面,有線管遙感勘測(cè)傳輸?shù)却龝r(shí)間短,即使在徑流情況下也能提供數(shù)據(jù)。該系統(tǒng)未來(lái)應(yīng)用潛力將會(huì)很大。

另一方面,最新一代的高速泥漿脈沖遙感勘測(cè)能夠提供高分辨、實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)來(lái)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)鉆井優(yōu)化和儲(chǔ)層定位,而不需要一個(gè)新的鉆柱、變換成頂驅(qū)或者了解一個(gè)包含數(shù)百個(gè)部件的系統(tǒng)邏輯。泥漿脈沖系統(tǒng)運(yùn)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(cè)有能力傳輸大量的實(shí)時(shí)的MWD/LWD數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)傳輸已經(jīng)不是自動(dòng)化鉆井的障礙。下一步需要考慮的是管理高容量的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和自動(dòng)化數(shù)據(jù)的解釋和決策過(guò)程。

圖1中的壓力管理示例是獨(dú)一無(wú)二的,因?yàn)樗臄?shù)據(jù)采集和傳輸、自動(dòng)化數(shù)據(jù)解釋和決策過(guò)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(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的使用,未來(lái)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(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)效益。

資料來(lái)源于美國(guó)《J PT》2009年6月

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

2009-04-06)