數字化技術助力 定向鉆井提高精度
時間：2018-09-28 16:04
來源：
作者:胡大梁
受近幾年世界范圍內油價低迷的影響，全球定 向 井 服 務 市 場 呈逐 年 下 降 趨 勢， 據Mordor 智庫的分析師 RajashekarLokam 統計，定向井年均工作量從2014 年的 165.5 億美元降至 2015年 的 109.5 億 美 元， 到 2016 年 觸底，降至 67.1 億美元。經過連續三年下降之后，隨著全球油氣行業回暖，深水鉆井、大斜度井鉆井數量增加，定向井市場逐漸復蘇，2017年恢復到 96 億美元，見圖 1。然而，無論這些市場動態如何變化，或者也許是因為這樣的市場動態，定向鉆井技術似乎正以前所未有的速度快速發展，因為在投資縮減的情況下，提高鉆井精度和井眼質量就顯得更加重要。另一方面，自動化和數字化技術的進步，鉆井難度的增加，促使技術公司加大力度研發與先進軟件平臺完全兼容的定向鉆井系統，因為系統的互聯性和持續優化可以為定向井技術人員提供更加高效準確的測量數據，有利于提高決策效率。
PowerDrive Xcel
慣性控制旋轉導向系統隨著油氣勘探開發的不斷深入，新油田的發現日益困難，老區剩余油、邊際油藏開發成為增儲上產的重要途徑，加密叢式井組、老井側鉆等日益增多。針對復雜多變的地質條件， 為了提高導向精度和效率，斯倫貝謝公司研發推出了用于密集叢式井組定向鉆井的 PowerDriveXcel 旋轉導向系統，它通過在其方向上引入速率陀螺儀、三軸磁力計和加速度計組成的傾斜包來實現慣性控制，不易受到外界干擾，利用下行鏈路實現與常規控制模式的切換，能夠在強磁性環境下正常工作而不受影響，有利于做好叢式井組各井之間的防碰工作。另外 Xcel 旋轉導向系統能夠以較大造斜率進行造斜，同時保持井眼軌道的平滑過渡，滿足老井側鉆短半徑水平井的定向施工要求。
巴西石油公司部署的一口側鉆井，目的層是濁積巖儲層，面臨的主要難點是鄰井 244.5mm 套管的磁性干擾，常規的旋轉導向系統需要15m 以上的距離來避免磁干擾，但是偏離過遠的話有鉆至砂巖的風險。使用 Xcel 旋轉導向系統，側鉆軌跡距離原井眼僅 1m，以 5.33°/30 的造斜率定向鉆進，克服了原井眼的強烈自干擾，軌跡數據傳輸正常，鉆進 16m 后井斜由 82° 增至 85° ，側鉆成功，見圖 2 圖 3 所示。
Sperry 推靠式
精細調整旋轉導向系統哈里伯頓 Serry 鉆井公司計劃2018 年三季度發布公司的首款推靠式旋轉導向系統，見圖 4。該系統能提高鉆頭處的鉆壓、扭矩和鉆速控制能力，具有可靠耐用的特點，適用于非常規油氣、深水鉆井等多種工況。與其它推靠式旋轉導向系統相比，該系統最大的特點是在比例控制方面的細化，能夠實現各個方向軌跡的精細調整，實現一套工具完成直井段和水平段施工的目標。該系統使用先進性在于可計算鉆頭位置前 1,000 英尺處的井眼位置， 并且具有高級診斷和預測功能，可以根據系統的工作振動幅度和頻率預測工作壽命，從而提前做出預防性措施，提高工具可靠性。然而，該系統真正的優勢在于鉆井咨詢系統提供的智能化和自主決策能力，通過井下數據整合集成到鉆井自動化平臺中。2018 年 3 月，該系統在德克薩斯州應用 8 口井，軟件實時不間斷提供距設計目標不超過 3 英尺的井眼位置，工具自帶的傳感器每秒收集 1,000 組數據，包括振動、旋轉，收集的數據傳輸存儲在全球數據中，為后續施工提供關鍵決策參考依據。系統可自動根據井下振動狀態改變工作模式，從而避免振動引發的疲勞失效。
Sperry 公司與 Baroid 鉆井液和鉆頭公司聯合攻關，針對性的研發與工具匹配的鉆頭和鉆井液體系，提高鉆頭的定向控制能力和鉆井液防塌抑制性，保持井筒穩定，有利于充分發揮工具的定向性能。Abbl 鉆井作業咨詢服務軟件斯倫貝謝公司北美陸地鉆井操作經理 Ginger Hildebrand 表示，鉆井技術的目標是要盡可能打快、減少起下鉆趟數，降低復雜時效。為實現這個目標，公司在前期發布了 abbl 鉆井作業咨詢服務軟件，見圖 5。它可以根據軌道設計方案提出定向操作優化措施，包括滑動鉆進進尺、工具面擺放控制、馬達轉速等參數。截止 2017 年 11 月，該軟件已在北美俄克拉荷馬、特拉華等地應用超過 420 萬英尺，通過現場應用數據的反饋不斷優化軟件，精度與前期相比大幅提高。目前該軟件擁有滑動趨勢學習和預測能力，在下一階段，將增加旋轉趨勢監測和預測功能，其他改進還體現在提高軟件對深度或地層變化造成的數據缺失和間歇性傳輸的能力上。
Nabors自動化控制軟件平臺Nabors 鉆井公司自 2017 年二季度開始，根據美國巴肯、鷹灘等頁巖氣田 100 多口水平井的鉆井施工經驗，對 RigWatch Navigator軟件進行了升級改進，可以自動對慮井斜、方位、漂移趨勢等多項因素進行計算分析，并自動與前期的施工數據進行對比，制定最優化的技術方案，消除了軟件里多項需要人為操作的模式，如電話接聽、在線信息錄入等，每鉆進 90ft 就可以圖 4 Sperry 旋轉導向工具圖 5 abbl 咨詢服務軟件界面圖 6 Nabors 公司自動化控制軟件接收到自動化定向系統的指令反饋，實現了地質導向與定向鉆井的無縫銜接。軟件能夠與地質導向系統實現數據共享，如果目標靶點發生變化，系統會自動根據最新靶點數據對原方案進行優化更新，確保方案的準確性和可執行性。
在自動化鉆井積累經驗的基礎上， 公 司 研 發 了 ROCKIT 導 向 鉆井軟件見圖 6，計劃于 2018 年三季度發行，軟件整合了工具面定位控制和自動送鉆功能，它利用井下數據對頂驅進行旋轉鉆進控制，驅動鉆具組合進行滑動導向或復合鉆進，從而實現對井下鉆具組合的自動 化 控 制。 在 Permian 盆 地 8 口井的現場試驗表明，ROCKIT 導向鉆井軟件的現場表現優于或等于具有豐富經驗的司鉆。ROCKIT 導向和 and Navigator 軟 件 都 可 以 與Rigtelligent 鉆井控制系統兼容，無需添加額外的硬件，可以直接在現有鉆井系統上使用。正如工業革命曾經對制造業產生的巨大影響一樣，數字化正在重塑制造業，工業制造商們也正將視線投入數字化領域。與之相似，自動化和數字化的發展正在改變傳統油氣行業，持續推動鉆井技術和工具領域的革命性進步，朝著自動化和智能化鉆井不斷前進。
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