高速遥感勘测技术对钻井过程的影响

2010-10-13编译熊庆生大庆市让胡路区经济开发小区管理委员会

石油石化节能 2010年5期

关键词：钻柱勘测测井

编译:熊庆生 (大庆市让胡路区经济开发小区管理委员会)

审校:张兴平 (大庆油田工程有限公司)

高速遥感勘测技术对钻井过程的影响

编译:熊庆生 (大庆市让胡路区经济开发小区管理委员会)

审校:张兴平 (大庆油田工程有限公司)

随着复杂的MWD和LWD服务的投资组合的增加,遥感勘测带宽被认为是限制自动化发展的技术因素。文章介绍了高速泥浆脉冲遥感勘测技术和固定钻柱遥感勘测技术的应用实例,以及实现最优化目标和实现可预测,可重复钻井操作的过程。

钻探技术泥浆脉冲遥感勘测固定钻柱遥感勘测数据传输速率应用实例

1 遥感勘测数据传输速率

钻井技术的每个突破都会对遥感勘测速度产生更高的要求,这就需要有新的遥感勘测技术来满足要求。因此,高速遥感勘测技术的意义已经改变,并且将会随着时间不断改变。

近期钻井技术最主要的变化已经使随钻测井(MWD)和随钻录井 (LWD)服务的精度大幅度提高,如钻井动态、地层压力测试、高分辨率电阻率和电子成像以及磁共振测量等。

因为地层被穿透后会立刻进行测井,因此MWD和LWD服务在降低了对电缆测井需求的同时提高了测井质量。与电缆测井相比,MWD/ LWD工具可以“看到”刚切断的地层而不是在钻出泥浆暴露在外好多天后去测井,后者会导致地层变质。现在也可以使用井下动态钻井测量技术,这在以前是不可能的。

过去,所有采集的井下数据的传输能力是MWD和LWD服务的最大挑战。大多数的测量是写在井下工具的记忆板上,并且仅仅一小部分收集的数据被实时地传送到地面。当把钻头从井中取出后,会把数据从记忆板中恢复。

通过高速遥感勘测技术得到的实时信息反映了MWD/LWD服务的潜力,实现了钻井过程的实时最优化。最优化的目标有以下几方面:

◇操作安全性潜在地影响项目成本,尤其对重大事故。因此,高操作安全性减少了产生这种费用的风险。

◇钻机平均日进尺 (钻探设备每日成本)是主要的成本因素,尤其是近海操作,并且驱动操作希望获得最大的机械钻速。即使在当今竞争经济形势下,钻机速率仍然对井的总成本起着重要的作用。当经济恢复或对油和气的需求再次增加时,钻机速率将很可能会起到反作用。

◇确定井眼的位置来保证最大采收率是非常重要的,尤其是当油藏成熟时。

◇井眼的完整性对于一个成功的完井来说非常重要。预防比修补一个坍塌的井眼所需的成本要少得多。

投资一口井后要想获得最多的回报,就需要对以上四个目标综合后实现最大化。工艺上也要考虑特殊的井,这些井今后会增加问题的复杂性。因此,若要成功地将以上因素的综合结果最大化,只能使钻井过程比现在更加自动化。

2 高速遥感勘测技术

由于钻井应用的多样性与复杂性,与最优化目标同样重要的是指从一个井传输到另一个井的实时数据的必要条件。操作者和技术提供者必须认真分析每一口井的实施数据、进程的必要条件、约束条件以及遥感勘测系统。

两种遥感勘测技术 (泥浆脉冲和固定钻柱)都已经研究了几十年。过去的6年里,遥感勘测技术有了长足的发展。数据传输速率达到40bps时,可以选择高速泥浆脉冲遥感勘测。如果对数据速率有更高的要求,那么有线管遥感勘测就是唯一的选择。

高速泥浆脉冲遥感勘测技术的发展推动了地面数据采集和过程处理技术的进步。这导致延伸钻井(ERD)的井中传输数据的能力比过去更强。过去数年里,在ERD方面泥浆脉冲系统的成果包括:

◇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)

当有线管系统使用中继器来增强信号传输到地面时,深度就不会限制带宽。

3 应用实例

3.1 高速遥感勘测

遥感勘测系统的选择取决于与特殊井相关的操作限制条件。下面介绍两种技术的应用实例:中东使用高速泥浆脉冲遥感勘测技术进行储层定位;安达曼海和印度近海使用有线管遥感勘测技术进行加压钻井 (MPD)。

3.1.1 储层导航在横向薄储层中的使用 (中东陆上)

在这个特定的区域,水平井在严格的公差范围内穿过含杂质的碳酸盐层段使储层的开采达到最大化,操作者想将井筒放置在储层的最优位置,同时为了减少操作成本需要保持较高的机械钻速ROP。当高速泥浆脉冲遥感勘测的数据传输速率在20 bps时,操作者可以得到实时高分辨密度和60扇区电子图像来操控所需层位的3 700 ft(1 ft=30.48 cm)长的水平剖面,而该层位仅有3 ft的地层厚度。包含成功的布井在内,3天内就能完成一口井,这比之前完成一口补偿井要省时。

3.1.2 闭环MPD(安达曼海)

2007年1月,马来西亚石油公司将Nagar-Ⅰ探井钻进安达曼海底下1 312 ft处。马来西亚石油公司通过地震勘察研究,预测浅滩储气砂层在海底以下853～1 312 ft之间。连接过程和一个井涌过程中进行钻井时的井涌检测速度、响应时间、自动化井涌控制和井底压力 (BHP)精确控制都被认为是钻井计划阶段的重要工作。

常规钻井和遥感勘测系统不能提供这些功能,通过有线钻井方式,压力管理系统与MWD系统连接创建一个MPD系统 (图1)。压力管理软件的数据是由来源于微井涌检测的流量计的环状数据,和利用有线钻柱遥感勘测技术的MWD工具传输到地表的数据组成。

这是第一次将这些技术结合起来并作为闭环压力控制系统使用。

安装该系统后,当气体流量降至 1 gal/min (1 gal=3.785 L)时,能够被系统检测到。井涌也可以及早被发现,因此能及时关闭井。同时还使用PWD数据控制井,而这些数据也能反馈给MPD系统。

因为在压井作业时没有泥流,所以泥浆脉冲遥感勘测系统不能提供所要求的数据。由于缺少流量,一个涡轮不能完全驱动井底钻具组合(BHP),但可以用电池来代替进行驱动。

钻井过程中BHP保持在理想压力窗15 psi (1 psi=6.895 kPa)内,连接过程时保持在 ±45 psi。这样就可以在无井控情况下完成钻井。