高速遙感勘測技術對鉆井過程的影響

編譯:熊慶生 (大慶市讓胡路區經濟開發小區管理委員會)

審校:張興平 (大慶油田工程有限公司)

高速遙感勘測技術對鉆井過程的影響

編譯:熊慶生 (大慶市讓胡路區經濟開發小區管理委員會)

審校:張興平 (大慶油田工程有限公司)

隨著復雜的MWD和LWD服務的投資組合的增加,遙感勘測帶寬被認為是限制自動化發展的技術因素。文章介紹了高速泥漿脈沖遙感勘測技術和固定鉆柱遙感勘測技術的應用實例,以及實現最優化目標和實現可預測,可重復鉆井操作的過程。

鉆探技術 泥漿脈沖遙感勘測固定鉆柱遙感勘測 數據傳輸速率 應用實例

1 遙感勘測數據傳輸速率

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

近期鉆井技術最主要的變化已經使隨鉆測井(MWD)和隨鉆錄井 (LWD)服務的精度大幅度提高,如鉆井動態、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服務在降低了對電纜測井需求的同時提高了測井質量。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,后者會導致地層變質。現在也可以使用井下動態鉆井測量技術,這在以前是不可能的。

過去,所有采集的井下數據的傳輸能力是MWD和LWD服務的最大挑戰。大多數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據被實時地傳送到地面。當把鉆頭從井中取出后,會把數據從記憶板中恢復。

通過高速遙感勘測技術得到的實時信息反映了MWD/LWD服務的潛力,實現了鉆井過程的實時最優化。最優化的目標有以下幾方面:

◇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生這種費用的風險。

◇鉆機平均日進尺 (鉆探設備每日成本)是主要的成本因素,尤其是近海操作,并且驅動操作希望獲得最大的機械鉆速。即使在當今競爭經濟形勢下,鉆機速率仍然對井的總成本起著重要的作用。當經濟恢復或對油和氣的需求再次增加時,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綜合后實現最大化。工藝上也要考慮特殊的井,這些井今后會增加問題的復雜性。因此,若要成功地將以上因素的綜合結果最大化,只能使鉆井過程比現在更加自動化。

2 高速遙感勘測技術

由于鉆井應用的多樣性與復雜性,與最優化目標同樣重要的是指從一個井傳輸到另一個井的實時數據的必要條件。操作者和技術提供者必須認真分析每一口井的實施數據、進程的必要條件、約束條件以及遙感勘測系統。

兩種遙感勘測技術 (泥漿脈沖和固定鉆柱)都已經研究了幾十年。過去的6年里,遙感勘測技術有了長足的發展。數據傳輸速率達到40bps時,可以選擇高速泥漿脈沖遙感勘測。如果對數據速率有更高的要求,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的發展推動了地面數據采集和過程處理技術的進步。這導致延伸鉆井(ERD)的井中傳輸數據的能力比過去更強。過去數年里,在ERD方面泥漿脈沖系統的成果包括:

◇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)

當有線管系統使用中繼器來增強信號傳輸到地面時,深度就不會限制帶寬。

3 應用實例

3.1 高速遙感勘測

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

3.1.1 儲層導航在橫向薄儲層中的使用 (中東陸上)

在這個特定的區域,水平井在嚴格的公差范圍內穿過含雜質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。當高速泥漿脈沖遙感勘測的數據傳輸速率在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,3天內就能完成一口井,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。

常規鉆井和遙感勘測系統不能提供這些功能,通過有線鉆井方式,壓力管理系統與MWD系統連接創建一個MPD系統 (圖1)。壓力管理軟件的數據是由來源于微井涌檢測的流量計的環狀數據,和利用有線鉆柱遙感勘測技術的MWD工具傳輸到地表的數據組成。

這是第一次將這些技術結合起來并作為閉環壓力控制系統使用。

安裝該系統后,當氣體流量降至 1 gal/min (1 gal=3.785 L)時,能夠被系統檢測到。井涌也可以及早被發現,因此能及時關閉井。同時還使用PWD數據控制井,而這些數據也能反饋給MPD系統。

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

鉆井過程中BHP保持在理想壓力窗15 psi (1 psi=6.895 kPa)內,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據提供給由壓力管理系統組成的閉合壓力控制系統

4 總結

以上實例描述了兩種類型的高速遙感勘測系統的應用。一方面,有線管遙感勘測傳輸等待時間短,即使在徑流情況下也能提供數據。該系統未來應用潛力將會很大。

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、實時的數據來實現實時鉆井優化和儲層定位,而不需要一個新的鉆柱、變換成頂驅或者了解一個包含數百個部件的系統邏輯。泥漿脈沖系統運行常規鉆井技術,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數據,數據傳輸已經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據和自動化數據的解釋和決策過程。

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

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)