钻柱测量实时监测 挪威北海裸眼井与套管井
时间:2016-08-05 10:41
来源:
作者:编译 / 张瑜
温度、环形压力、旋转和采集的三轴振动数据与地表数据相结合,可以优化钻井参数。由于挪威北海需对新发现进行开发,主要作业者不得不承担该项复杂任务。该发现始于 1975 年,但经证明其在当时进行开发具有相当困难。它包含一个油藏和几个结构复杂的高压深层凝析气藏。开发这些油藏需要大位移井,同时钻探一些斜井采揭开凝析气藏。利用限制压力窗口钻井,可能出现严重损失和注入的风险。
为了支持这些作业,国民油井华高公司(NOV)每隔一定时间便将传感器嵌入整个钻柱提供实时测量。国民油井 BlackStream 钻柱测量 (ASM) 工具采集温度、 环形压力、旋转和高频 (256Hz) 三轴振动数据,采集的数据通过 IntelliServ 高速钻管有线遥测网路传送至地面。环形压力沿井筒高频获得测量,在有和没有流量两种情况下,可以实时提供测量。在北海,第一次实现成功采集与实时使用扩充数据集作业。 因此,作业者能够对整个裸眼井和套管井的压力分布与流体特性有更多的了解。经证实,这对决策流程起着至关重要的作用。
ASM 测量提供更多井下信息
自 20 世纪 90 年代以来,井下环 形 压 力 随 钻(PWD) 工 具 已 经得到应用,可帮助监测泥浆比重和当量循环密度(ECD),并将它们维持在安全范围之内。这些工具通常 位 于 井 底 钻 具 组 合(BHA),作为随钻测量 / 随钻测井(MWD/LWD)工具套件的一部分。在只有钻孔被评价的状况下,被充分理解是可能的。同时,随钻测量 / 随钻测井(MWD/LWD)取决于操作的泥浆流量,此信息在低流量或无流量情况下不能被传送。这使得钻井操作人员无法检测过程中的重大事件,例如,起下钻作业、连通、密封或损失。
因此,该行业一直依靠水力学模型评价井中发生的一切事情,尽管这些数学模拟本质上是有限的。国 民 油 井 有 线 钻 管(WDP)的出现能够利用分布式传感器测量温度、环形压力、旋转和钻柱中多个 点 的 三 轴 振 动 数 据。 有 线 钻 管(WDP)高速遥测网络一般由以下部分组成:井下交叉系统,第三方随钻测量、随钻测井和旋转导向系统的工具结合,支持双向通信,发送到底部钻具组合组件和从中传出数据;有线钻柱组件,包括钻杆、钻铤、随钻震击器,允许数据信号,通过整个钻柱高速率输送,高达每秒 56,000 比特,是典型泥浆脉冲通信带宽的四个数量级;顶部驱动数据旋转,它是钻柱和顶部驱动器之间的接口;地面网络控制器,是连接钻柱网络到地面系统的一个接口。
国 民 油 井 BlackStream ASM工具整合在有线钻管网络内,每隔一定时间嵌入钻柱中。这为作业团队提供了井筒中钻井环境的完整视图。此设计以数据链(DataLinks)为基础,信号放大器被调整为环形压力传感器的动态及温度测量。该工具是由电池供电的,有能力采集和输送数据到地面,不受流体和流量的影响。来自分布式传感器的数据通过高速遥测网络输送至地面,通过有线管提供,从而进入平台数据采集系统(DAQ)。该信息随后与地面数据相结合,如组合位置、流量等,以及实时随钻测量 / 随钻测井地层评价数据。通过此项做法,可以获得裸眼井和套管井中的环形压力走向清晰图像。这能够使钻井参数、流体性质和井段得到及时、精确地优化。
监测井眼净化
分布式钻柱环形压力传感器能够实时监测井筒中材料的运动,这可能是液体, 也可能是废屑或岩屑。基于时间的测井图显示,挪威北海随钻水平井中表面参数和钻柱中几个位置测量的当量循环密度(ECD)变化明显。流量在一段时间内保持稳定,观察到进尺速率下降,起初机械钻速从 44.4 米 / 小时下降为 44.0, 进而继续进一步下降。机械钻速从每小时 82 英尺(25米 / 小时) 减少到每小时 33 英尺 (10米 / 小时),导致产生的岩屑数量减少,并进入环空。绘图表明,随钻测量 / 随钻测井 ECD 值开始下降,接着进尺速率下降为 44.45 小时,这是可以预料到的,因为对井底钻具组合的测量将很快响应到环空中岩屑载荷的变化。
接着环形压力减少在可以分布式 传 感 器 中 观 测 到, 从 最 低 工 具ASM 1,开始约 44.5 小时,通过连续工具在钻柱中序列跟踪,ASM 2为 44.9 小时, ASM 3 为 45.05 小时,最高传感器 ASM 4 为 45.1 小时。钻柱传感器对评价井眼清洗和环形流体性质也具有较大的帮助。在活动暂停时,一个节点在全流速下扩眼。在整个钻柱的所有传感中可以看到当量循环密度(ECD)瞬间减少。而下降最大的是钻柱最浅测量 ASM3。使用分布式传感器和有线钻杆遥测时, 井下数据的数量大大增加,这有助于改善决策,为钻井团队提供更多的信息。
同时,增加的数据量也可以进行实时分析。充分利用钻柱实时测量获得的信息,需要密切关注数据传输,以及如何与实时操作相关联。当利用该系统时,以一种明智的方式显示信息是至关重要的。由此,国民油井实施一种改进方法,对利用热图在钻柱中采集的 EMW 测量数据进行可视化。热图实时更新,从右侧添加新数据。测量深度显示在左侧,一个直观的色标用于显示相当于钻井液当量密度(EFD)。这使得井眼中的环形压力分布可以得到快速、简便地理解。
钻柱测量有助于可视化实时井眼净化和调整参数,如机械钻速、RPM 和流体速率。连通实践和循环时间根据井决策设置而不是常规的实践。通过在热图中观察钻柱测量EMW,观察者能够较快地理解复杂的数据集。挪威北海井场使用分布式环形压力测量,增加了对井下情况和整个裸眼井段的实时液压的进一步了解。高速实时当量泥浆密度数据通过改进安全性与性能,对项目提供重要的价值。它能使钻井平台和陆上钻井团队对其钻井决策更有信心。