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差之毫厘 谬以千里 井眼轨迹测量不可小觑

差之毫厘 谬以千里 井眼轨迹测量不可小觑

钻井设计中的井眼轨迹往往是一条直线或是一条平滑曲线。而实际作业的井眼轨迹则会受到定向钻井工具的机械性能、司钻经验和对该井的重视程度以及重力作用的影响,并且井眼轨迹还必须要到达油气富集储层。

哈里伯顿公司钻井技术研究员Robello Samuel透露:“通常情况下,模拟出的井眼轨迹仍为平滑的曲线,但是真实的井眼轨迹则存在严重的狗腿现象以及其他不规则性。”Robello Samuel目前最大的乐趣就是为他在2009年所发表的论文 “There are not clear criterion for defining the quality of the wellbore”《不存在明确的井眼质量标准定义》(SPE 124710)中所提出的问题寻求解决方案。

目前,数家公司已得出估算不规则井眼中摩擦力的方法,他们经过长期的努力,力求能够更加精准地测量出细小井眼在地下数英里深处的轨迹。石油圈原创www.oilsns.com

其实,他们正在寻求一种更加实用的井身质量测量方法,而不是直接应用已有的公式进行计算的方法,例如最小曲率法,它假设井眼轨迹从上一个测量点以最小半径沿着平滑曲线向下一个测量点延伸。

尽管这个公式较为实用,但多年的经验和测试结果表明,在使用弯头泥浆马达进行造斜时,该公式对旋转导向钻具或定向钻具钻出的井眼轨迹的描述效果比较差。上述过程中,在关键点附近的钻进过程中,从井下传输到地面的数据可能会出现误差,尤其是在到达垂向总深时。当使用弯外壳定向钻井支座时,测量误差可能还会更大,因为,没有工具能够完全避免误差的存在。

弯曲井眼的轨迹可能会由于狗腿角、螺旋线、井眼冲洗等发生起伏,总而言之,井眼轨迹是弯曲的。储层岩石能够反应出司钻在钻进过程中沿既定方向钻进的能力。除此之外,重力作用也会使钻头在钻进过程中偏离既定的钻进方向。

我们知道,先进的钻井技术能够命中更小的靶点,同时这也导致钻头的定向作业变的更为复杂。C-FER技术部门是非营利性的石油研究和测试中心,该中心的一位研究员Cam Matthews说:“使用定向钻具沿着产层中无法预测的轨迹钻进时会产生狗腿现象,而这恰恰也是轨迹设计所需要的。”

顶驱的出现增加了上述的不确定性,顶驱可使大型钻机单次接上90英尺长的单根,然而配有方钻杆的钻机单次接钻杆长度仅为30英尺。停泵接单根作业时,接单根次数减少了,但每90英尺才进行一次数据采集,从而增加了井下钻进的不确定性。

差之毫厘 谬以千里 井眼轨迹测量不可小觑

1993年,Matthews在与他人合作发表的论文(SPE 22852)中曾告诫,测量值之间的差异可能会引发测量误差。Edward Stockhausen是雪佛龙公司的一位地质导向专家,他花费了数年时间来确定上述测量误差的量级,根据其在2003年所发表的论文(SPE 79917)可知,在垂向总井深的测量上可能存在高达±25英尺的测量误差。

钻进过程中,每当弯头马达从滑动模式切换成转动模式时,都可能会产生一个微小的误差。尽管旋转导向工具出错的概率较低,但仍然无法完全避免。在最近的SPE年度技术大会暨展览会的小组讨论上,Stockhausen说,将静态测量方法和一系列连续定位方法协同使用,可获得更加精准的定位,但仍需推导出一个能够同时满足上述两种方法的公式。

Stockhausen对于测量误差的研究付出了巨大的努力。不夸张的说,海上油田的水驱井,垂向总井深存在1英尺的误差,最终采油量可能会相差10万桶。

在SPE年度技术大会暨展览会(ATCE)上,他介绍了最新的研究进展,对“配备两个伽玛射线的测井工具的测量误差很小(SPE175048)”这一说法进行了证实,而且,借助地质导向进行钻进时,钻具同岩石之间的接触面积明显减少了。

Stockhausen说:“研究工作最重要的一点是:如果对自己的研究对象不重视,那么你将反复遇到相同的问题。”

新型工具:由于改进的测量工具能够显示出更加细微的井身特征,因此为测量出井身缺陷的物理影响,我们还需要做大量的工作。石油圈原创www.oilsns.com

先前早就有表征井身质量的方法,如钻进难度系数和井身质量记分卡。但这些方法都无法满足Samuel的要求,因为Samuel的目的是寻求更加系统化的钻井公式,正如在他的书“501 Solved Problems for Drilling”中所述。

Samuel说:现有的测量方法与医学测定类似,它的不足点是它通过对症状进行分级以评估病人心脏病发作的危险程度,但并未对病人的病况提供直接的判断依据。这种主观的判定方法会使医生在决定应该对病人采取何种程度的治疗方法时陷入“拍脑袋”的状况。

Samuel推导出了一个数学公式,主要用于计算弯曲井眼中克服摩擦力所需的能量,哈里伯顿公司称之为井身能量剖面。井眼测量时每90英尺采集一次数据,借助数据可以拟合井眼轨迹并计算出相同形状的井眼轨迹中移动一根弹性钻杆所需的最小能量。

该公司正努力将该功能整合到司钻所使用的控制板中,这样司钻就能够掌握井眼的狗腿角和弯曲程度对套管下入所需扭矩和阻力的影响。

Samuel说:“记分卡的等级或高或低。对井身剖面能量值进行求取既是一个数学问题又是一个物理问题。”在一次采访中,他用显示器展示了正处于研发阶段的成果:钻柱正在进行水平钻进时,周围展现出了各种实时数据,其中包含了在轨迹点处由于狗腿角而产生的附加扭矩和阻力。

哈里伯顿公司通过在底部钻具组合上安装应变测量装置,用于直接测定由于井眼的不规则而导致的应力方向和量级对井眼几何形状产生的影响。

哈里伯顿公司同斯伦贝谢公司展开了竞争,斯伦贝谢公司曾发表了量化井眼狗腿所产生的各种效应的论文,并寻求用于改进钻井工具的方法。石油圈原创www.oilsns.com

Gyrodata工具基于陀螺仪原理,能够精确的用于井眼测量,改进后已经实现对井眼进行逐尺测量,该工具还被用于建立3D模型,进而计算井眼狗腿所产生的物理影响。

GyroData的销售总监Steve Mullin说:“今年年初的一篇论文(SPE 173103)对这种方法进行了概述,并激发了完井和采油工程师们在工具现场应用方面的灵感。”

新的测量数据势必引发新的讨论。Samuel指出:通常情况下,刚性套管壁内部一般观察不到细小的井眼轨迹变化。Mullin回应,用户将获得在每90或100英尺的标准测量中都无法测得的详细测量值。

Mullin说:“每100英尺测量一次的测量结果往往显示出十分平滑的井眼轨迹,通常情况下并非如此,我们的测量结果能够呈现出测量点间的所有弯曲。”

译者/辜富洋  编辑/魏亚蒙

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柠檬
石油圈认证作者
毕业于中国石油大学(华东),油气井工程硕士,长期聚焦国内外石油行业前沿技术装备信息,具有数十万字技术文献翻译经验。如需获取更多技术资料,请联系我们。

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