By Julio Loreto，Aly Bassiouny，Onochie Michael Okorie，Brad Zukiwsky / Weatherford為了從復(fù)雜的儲(chǔ)層中提取所有可能的碳?xì)浠衔?，先進(jìn)的RSS和LWD技術(shù)提高了整體鉆井效率，并降低了鉆井壽命內(nèi)的施工成本。
當(dāng)尋找額外的油氣資源迫使運(yùn)營(yíng)商重新考慮傳統(tǒng)的鉆井理念時(shí)，非垂直井眼應(yīng)運(yùn)而生。為了達(dá)到這些額外的沉積物，操作員需要一種在特定方向鉆孔的方法。傳統(tǒng)上，定向鉆井從單一地面位置和已建立的垂直井眼進(jìn)行作業(yè)，早期版本的定向鉆井部署了非旋轉(zhuǎn)彎曲接頭，以轉(zhuǎn)移鉆頭，將其對(duì)準(zhǔn)地層中未開發(fā)的資源。非常規(guī)水平井市場(chǎng)很快成為了如何在現(xiàn)代市場(chǎng)中保持能源行業(yè)需求的問(wèn)題的答案。
盡管常規(guī)定向鉆井變得很好，但它仍然缺乏鉆大位移井和實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)層真正潛力所需的精度和可靠性。這些長(zhǎng)而曲折的水平井通常需要曲折的軌跡來(lái)鉆穿復(fù)雜地層并與目標(biāo)碳?xì)浠衔锝佑|。為了應(yīng)對(duì)這些新的壓力，Weatherford創(chuàng)新并開發(fā)了一種適合用途的工具，專門用于延長(zhǎng)油氣田的使用壽命，并以更可靠的方式實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。
RSS將高性能鉆井與全方位控制相結(jié)合。Weatherford開發(fā)了Magnus® rotary-steerable system(RSS)，見圖1。RSS采用推式鉆頭設(shè)計(jì)，將可靠、高性能的鉆井與精確的定向控制相結(jié)合，使操作員能夠延長(zhǎng)每次鉆井的性能，從而提供更快的鉆井、更好的井筒和高質(zhì)量的測(cè)量。
圖1 三個(gè)獨(dú)立的襯墊積極管理整個(gè)井眼的方向，優(yōu)化井眼軌跡，提高井眼質(zhì)量。
Magnus RSS的堅(jiān)固設(shè)計(jì)使其能夠長(zhǎng)時(shí)間留在井筒中，并盡可能降低成本。通常大多數(shù)鉆井作業(yè)可以在一次進(jìn)尺中進(jìn)行。RSS采用流線型設(shè)計(jì)，具有最小的井底鉆具組合(BHA)穩(wěn)定性、全旋轉(zhuǎn)偏置裝置和優(yōu)化的垃圾槽面積，以降低昂貴的卡鉆事件風(fēng)險(xiǎn)。泥漿驅(qū)動(dòng)墊中的金屬對(duì)金屬槍式密封件增強(qiáng)了高壓惡劣鉆井環(huán)境中的機(jī)械完整性，并提高了整體系統(tǒng)穩(wěn)定性。
三個(gè)獨(dú)立的襯墊和閥提供比例控制，使襯墊能夠完全縮回，用于緊孔應(yīng)用、鉸孔或水泥/靴形鉆井。三個(gè)襯墊在整個(gè)鉆井過(guò)程中主動(dòng)管理鉆頭的方向，并且僅在需要時(shí)激活以保持井軌跡。這種選擇性的襯墊激活能夠?qū)崿F(xiàn)比例轉(zhuǎn)向，并通過(guò)消除不必要的襯墊激活來(lái)顯著改善井眼質(zhì)量。這種獨(dú)立性在襯墊或閥門發(fā)生故障時(shí)用作冗余系統(tǒng)，以提高可靠性。
Magnus RSS可以使用標(biāo)準(zhǔn)鉆頭設(shè)計(jì)，使任何操作員都可以在任何地方避免長(zhǎng)的交付周期，并減少對(duì)額外庫(kù)存的需求。RSS中的比例控制系統(tǒng)可進(jìn)行有效的鉆井調(diào)整，以最大程度地減少?gòu)澢?，提供一個(gè)平滑、高質(zhì)量的井眼，從而降低未來(lái)鉆井作業(yè)的成本。此外，RSS具有高達(dá)10°/100 ft的高折線能力，可以構(gòu)建曲線段，消除校正運(yùn)行，并更快地接觸產(chǎn)層。電子控制系統(tǒng)以快速速度對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣，以確認(rèn)刀面方向并提供完全控制。
由先進(jìn)的LWD工具提供的準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)信息有助于利用實(shí)時(shí)近位數(shù)據(jù)指導(dǎo)RSS，從而提高整體生產(chǎn)率。在鉆頭后方僅6英尺處進(jìn)行的連續(xù)方位伽馬射線和傾角測(cè)量，可使有效的井眼布置和地質(zhì)導(dǎo)向變化保持在目標(biāo)區(qū)域內(nèi)。創(chuàng)新的電子系統(tǒng)和自動(dòng)駕駛功能，包括自動(dòng)調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)能力，為鉆井過(guò)程中的航向修正提供閉環(huán)控制。實(shí)時(shí)雙向通信系統(tǒng)在不中斷鉆井的情況下運(yùn)行，向RSS發(fā)送控制信號(hào)，然后驗(yàn)證信息，以便轉(zhuǎn)向調(diào)整立即生效。
為了準(zhǔn)備安裝應(yīng)急襯管和套管或完井設(shè)備的井眼，操作員需要對(duì)井眼進(jìn)行擴(kuò)孔。最佳情況下，為了降低成本，鉸孔和定向鉆應(yīng)同時(shí)進(jìn)行。為了滿足操作員在鉆井過(guò)程中擴(kuò)孔的需求，Weatherford工程師開發(fā)了RipTide鉆井鉸刀。RipTide擴(kuò)孔器通常與RSS配合使用，在一次行程中鉆出一個(gè)光滑、同心的欠鉆孔至TD，如圖2所示。鉆孔鉸刀將鉆孔擴(kuò)大至鉆頭直徑以上44%，并提供高質(zhì)量的完井準(zhǔn)備鉆孔。
圖2 RipTide鉆井?dāng)U眼器是一種同心質(zhì)量平衡鉆下擴(kuò)眼器，能夠在套管限制下擴(kuò)大鉆孔。當(dāng)與RSS或旋轉(zhuǎn)BHA一起使用時(shí)，多功能鉸刀可以同時(shí)鉆孔和放大。
Riptide鉸刀采用質(zhì)量平衡的三刀塊布置，與RSS一起工作，以最大限度地減少鉆井時(shí)的振動(dòng)，可通過(guò)多種方法激活：機(jī)械落球系統(tǒng)、壓力循環(huán)激活或電子射頻識(shí)別(RFID)標(biāo)簽。RFID系統(tǒng)在提供無(wú)限井下激活周期、全通孔內(nèi)徑方面處于行業(yè)領(lǐng)先地位，并使操作員能夠在鉆井組件中放置多個(gè)鉸刀。
案例研究
墨西哥近海。RFID系統(tǒng)被證明是墨西哥成功運(yùn)營(yíng)的關(guān)鍵組件。在海上油田，操作員需要從套管鞋上鉆取并擴(kuò)大2657英尺厚的鹽穹。使操作更成問(wèn)題的是該領(lǐng)域典型的頻繁卡管問(wèn)題，尤其是孔徑為12¼英寸至14¾英寸的情況。在之前的偏置運(yùn)行中，操作員需要兩次操作才能獲得預(yù)期結(jié)果。
工程師建議將RipTide鉸刀納入鉆井組件并部署到井筒中。使用RFID追蹤器，在套管鞋下方激活鉆井鉸刀，并擴(kuò)大鹽丘層段。放大完成后，通過(guò)RFID追蹤器停用了擴(kuò)孔器。這使得操作員能夠在常規(guī)鉆井至目標(biāo)深度時(shí)關(guān)閉井段，而無(wú)需額外的起下鉆。
通過(guò)選擇RFID鉸刀的無(wú)限制的、按需激活和停用功能，操作員優(yōu)化了井下時(shí)間，減少了鹽地層的暴露時(shí)間。這項(xiàng)工作在一次運(yùn)行中完成，節(jié)省了四天的鉆井時(shí)間和大約68萬(wàn)美元(假設(shè)每日成本為17萬(wàn)美元)。
墨西哥。在另一項(xiàng)墨西哥申請(qǐng)中，一名操作員要求在鹽丘中鉆一個(gè)新的鉆孔，鉆井液中含有2.19 gr/cc (18.3ppg)的重油基泥漿。鉆井液中固體含量高(超過(guò)40%)，盡管經(jīng)常出現(xiàn)乳化液不穩(wěn)定問(wèn)題，但主要設(shè)計(jì)用于在鹽層中鉆井。操作員通常會(huì)遇到與鹽地層中高濃度的固體卡套管以及高鉆井扭矩和扭轉(zhuǎn)振動(dòng)相關(guān)的工具故障。最好的行動(dòng)方案是使用帶有電池的RSS電源以克服之前與高固體含量相關(guān)的故障。此外，多功能鉆井鉸刀不僅可以擴(kuò)大鹽層并降低卡管風(fēng)險(xiǎn)，而且在鉆完鹽層后可以停用，以最大化鉆速(ROP)。
RSS滿足了這項(xiàng)工作的要求，特別是具有靈活的電源能力，使工具能夠僅使用電池電源來(lái)操作，以增強(qiáng)工具內(nèi)部的流動(dòng)，而不會(huì)受到渦輪螺旋槳的限制，這通常是由于偏移井中的固體而導(dǎo)致過(guò)早故障的原因。此外，RSS可設(shè)置為“轉(zhuǎn)向關(guān)閉”模式，使操作員能夠鉆過(guò)高振動(dòng)區(qū)域，同時(shí)最大限度地減少刀具磨損并提高鉆孔質(zhì)量。這次行動(dòng)成功的一個(gè)關(guān)鍵因素是Centro™ 鉆井施工優(yōu)化平臺(tái)，實(shí)時(shí)收集所有鉆井?dāng)?shù)據(jù)，并由位于實(shí)時(shí)操作中心的工程師監(jiān)控和優(yōu)化鉆井參數(shù)。
Weatherford加速完成了這一部分，節(jié)省了四天時(shí)間，節(jié)省了大約165000美元。RSS有效地克服了與橫向振動(dòng)和高泥漿固含量相關(guān)的所有挑戰(zhàn)，這些問(wèn)題導(dǎo)致其他RSS工具上的渦輪葉輪堵塞。RipTide擴(kuò)孔器以67.68英尺/小時(shí)的鉆速擴(kuò)大了剖面，比預(yù)期高126%。鹽段的擴(kuò)大防止了所有卡管事件，這些挑戰(zhàn)使運(yùn)營(yíng)商在之前的油井上損失了數(shù)十萬(wàn)美元的時(shí)間。
土耳其。對(duì)于土耳其的一家運(yùn)營(yíng)商來(lái)說(shuō)，挑戰(zhàn)集中在測(cè)井上。由于石灰?guī)r地層中的鉆孔條件，常規(guī)電纜工具無(wú)法記錄9255英尺至10541英尺的垂直剖面。因此，操作員無(wú)法獲得高分辨率鉆孔圖像數(shù)據(jù)，以識(shí)別填充14.84 ppg (1.78 g/cc) 油基泥漿的井中的裂縫。
Weatherford工程師推薦了一套由UltraWave®超聲波成像儀固定的LWD工具，見圖3。成像儀在石油或水基泥漿系統(tǒng)中鉆井時(shí)提供高分辨率鉆孔圖像和井徑測(cè)量。它記錄了從井壁反射的超聲波的振幅和傳播時(shí)間。這些測(cè)量值記錄在鉆孔周圍的128個(gè)方位角扇區(qū)中，在鉆孔時(shí)提供高分辨率的360°鉆孔圖像。
圖3 振幅和行程時(shí)間圖像的兩個(gè)井段顯示了天然裂縫和鉆井引起的裂縫以及存在的破裂。
測(cè)井套件還包括實(shí)時(shí)遙測(cè)系統(tǒng)、MWD惡劣環(huán)境測(cè)井系統(tǒng)、方位伽馬射線傳感器、電阻率工具和聲波工具。LWD工具被部署到井筒中，UltraWave成像儀采集了用于儲(chǔ)層和評(píng)價(jià)的高分辨率振幅圖像。其他隨鉆測(cè)井工具收集了伽馬射線、電阻率和聲波數(shù)據(jù)，所有這些數(shù)據(jù)都使得直接識(shí)別井眼惡劣環(huán)境中的裂縫和其他特征成為可能。
先進(jìn)的技術(shù)能產(chǎn)生持久的效果。為了從儲(chǔ)層中提取所有可能的油氣資產(chǎn)，操作員必須克服復(fù)雜的井幾何結(jié)構(gòu)，以鉆大范圍、非常規(guī)水平井。由先進(jìn)LWD技術(shù)指導(dǎo)的創(chuàng)新Magnus RSS和RipTide鉆井鉸刀等定向鉆井技術(shù)可以提高整體鉆井效率，降低鉆井成本。這些工具和服務(wù)使操作員能夠在更惡劣的作業(yè)環(huán)境中在井下停留更長(zhǎng)時(shí)間，并在油井的使用壽命內(nèi)提供長(zhǎng)期的生產(chǎn)成果。
