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采用CT重入钻井工具解决开窗盲区问题

采用CT重入钻井工具解决开窗盲区问题

传统的开窗钻具组合,出窗后存在很长一段盲区,严重时会造成脱靶。而采用连续油管加新式陀螺的钻具组合,彻底解决了盲区问题,将为套管开窗带来新的生机。

来自 | E&P
编译 | 白小明

虽然近年来钻井行业的焦点集中在新的非常规油气井和深水井,但全球近70%的油气仍然来自产量正在衰减的老油田。近期的一个案例表明,从现有的油藏采出更多的油气,远比运作一个高成本、高风险的新项目更具优势。实际上,在成熟的油田作业通常涉及各种提高采收率(EOR)技术,以及重新进入现有井眼,然后开窗钻水平分支井。目前已有的方法是使用连续油管(CT)在欠平衡条件下钻井,不过这种方法目前可能没有被普遍采用。

产量递减井的挑战

在产能受限同时采收率又较低的油藏进行作业时,作业效率是最基本的要求。一般而言,这种作业的投资回收期较长,特别是在当前油价较低又充满不确定性的大环境下,几年之内肯定是不现实的。

在定向作业中,必须按正确的轨迹方向钻进;如果钻错方向,即使误差很小,也将降低作业效率。而这种问题很容易发生,因为钢制的套管会对CT底部钻具组合(BHA)的磁传感器产生扭曲效应,使BHA在钻出窗口后形成一个盲区,这种效应的影响范围最大可垂向延长至套管上下6m。

虽然这是一个存在于所有套管开窗作业中的普遍性问题,而对于CT钻井作业来说情况更糟糕。通常窗口和目标地层之间的垂直距离非常有限,因此需要很高的造斜率,容不得出现稍大点的误差。

盲区

大多数MWD工具使用磁传感器来帮助司钻将BHA调整至所需的方位,这种方法对于裸眼井来说完全适用;但如果在钢质套管内或者套管附近,情况则有所不同,钢材的磁性会干扰地球磁场,造成方位读数出现较大的不可预知错误,这就意味着司钻实际上是在盲钻(即在不知道井下轨迹信息的情况下进行定向钻进)。

为了准确进行套管开窗,需要两个测量数据:工具面角和方位。在直井中,这两个测量数据都来自磁传感器,因此均不可靠。如果井斜足够大(通常超过5°),且井眼轨迹数据已经确定,则可以仅使用定向传感器中的测斜仪来造斜。然而,正如铅垂线只能指示向下的方向,而无法指示其他方向一样,当井斜趋于0°时,MWD导向工具也无法给出工具面角;井斜低于5°时,工具面角的误差急剧增加(图1)。而问题在于,绝大多数的CT重入钻井均是从直井开始的。

采用CT重入钻井工具解决开窗盲区问题

在坐封斜向器以及出窗口后初始造斜过程中,在较小的井斜下使用重力工具面会带来不确定性。而只有当磁传感器出窗口远离套管后,才能获得精确的方位角读数。因为这些传感器离钻头还有几英尺,而且分支井眼离开主井筒后,开始的井斜很小,因此最多要钻46m后才可能获得准确的方位测量数据,而这个时候如果轨迹出现问题需要调整以中靶的话就为时已晚了(图2)。在最坏的情况下,可能需要将钻头起回到刚刚开出的窗口内。

采用CT重入钻井工具解决开窗盲区问题

近期案例研究

在一口近乎垂直的井(小于2°)中,斜向器坐封和初始造斜率的不确定性,使初始侧钻的方位与设计方位差了50°,从而引起了两个问题。虽然最终井眼方位回到了正轨,但油藏的实际中靶位置与设计偏离了30m。此外,尽管方位最终回到了设计方位上,BHA却无法完成造斜,因此井斜先是低于靶点,然后再不得不上挑。虽然在本案例中,中靶的井斜并不重要,但如果是一口需要避开水层的井,出现这种情况可能会毁了一口井。

新陀螺仪

幸运的是,新的随钻陀螺(GWD)技术不仅有助于在直井或近乎垂直的井准确定位斜向器,而且能够提供出窗后BHA的准确位置信息。随钻陀螺避免了磁干扰问题,因为它不受钢铁环境的影响。这意味着,出套管后的初始钻进不会出现盲钻的情况,而且定向工程师也不必等待几个小时,才能确定准确的井眼轨迹。

这种工具尤其是为CT钻井应用而开发的,正是基于该技术完成了世界上第一口GWD空气钻井。GWD陀螺必须足够结实,以承受正常作业工况下的冲击和振动。在使用CT进行欠平衡钻井时,假设工具尺寸较小,且使用充气钻井液,则冲击和振动将比常规钻井高一个数量级,达到和超过250G的水平。

新的GWD服务有何不同

传统意义上的钻井陀螺基于旋转质量机械技术,这些复杂的机械仪器经过加固,能够承受钻井BHA遇到的各种恶劣的井下工况。新的陀螺采用了不同的技术,基于本身就非常强大的固态微型机电设备,这些设备最初设计用于军事方面,安装在迫击炮弹的尖部用于导航。

作为一个电缆工具,陀螺可以随时接收命令进行测量。因为所有的命令和数据都通过电缆传输,因此不需要开泵循环来进行测量,也无需在获得测量数据后开泵将数据传输到地面。所有的电力都通过电缆传输,因此无需井下涡轮和电池组。

陀螺可提供一个绝对方位角测量数据或陀螺工具面角数据,无需在作业前进行校准(虽然通常测几个验证数据比较明智),测量数据质量不会随着时间的推移而降低。

这种新的陀螺技术降低了误差的风险,从而降低了整体成本,这将使该技术可以推广应用到更多的候选井和油田。

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