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威德福用HEX系统应对极端井下环境

Weatherford HeatWave Extreme(HWE)

来自威德福的HEX系统从电子元件到弹性材料,每个组件都针对可靠性、耐超高温、高压和振动等特性进行了优化。

来自 | E&P
编译 | 白小明

在进行海上高温油田钻井时,传统的LWD工具经常出现故障。因此,作业公司可能会采取大量的降温措施,导致操作时间和费用增加,然而效果不尽如人意,有时甚至完全收不到数据。威德福通过与一家在泰国湾进行海上油田开发的大型勘探开发公司合作,设计了超高温LWD服务。经过两轮开发,HeatWave Extreme(HEX)服务于今年5月份发布。该服务可在高达200 ℃的温度下提供全面的实时和记录存储数据,包括伽马射线、电阻率、中子孔隙度、密度、井径和环空压力数据。

案例研究

近年来,高温高压的钻井环境界限正在迅速扩大。2011年,钻井作业遇到的最大井下温度仅为182℃,而四年后,最高温度上升至213℃。

作业公司在维持钻井参数的同时,要获得可靠的裸眼测井数据,面临着高风险的选择。选择之一是继续向下钻进但要牺牲井眼轨迹控制,因此必须采用电缆测井获得岩石物理数据,这样增加了成本;另一选择是使用降温技术,但这会降低ROP并增加成本;第三个选择是放弃潜在的生产油藏。

泰国湾地区刷新了当今许多极端井下温度的记录。为了获得超高温井可靠的实时岩石物理数据,一家大型勘探开发公司希望找到一家服务公司来合作开发新技术。2006年,威德福设计了针对极端环境的测井(HEL)系统,这是首款能够在高达175℃温度环境下进行测井的LWD系统。

基于威德福现有的LWD技术能力,HEL系统及HEX服务的每个组件(从电子元件到弹性材料)都经过重新设计,以获得最佳的可靠性,同时承受超高的温度和振动。

Weatherford HeatWave Extreme(HWE)

开发团队将该项目分为两个阶段。

开发第一阶段

在第一阶段,团队研发了4-3/4-in的MWD系统,采用压力调制泥浆脉冲遥测技术在极端温度下传输测量数据和工具面数值。该系统包括一个方向测量传感器,使用正交三轴加速度计和磁力计来提供旋转倾角和方位角。

对于井筒和环空压力的测量,石英传感器提供了能够计算等效循环密度(ECD)的数据。这些传感器还可以在接单根期间传输停泵最小和最大ECD数据,这对于孔隙压力/破裂压力梯度窗口较窄的井非常关键。它们还可以传输根据同时采集的数据计算出的井下差压值,从而无需在地面进行计算。径向安装的盖革米勒管可以获得实时和存储记录的伽马射线数据。

为了提高高温环境下中子孔隙度测量数据的可靠性,该团队设计了径向安装的氦-3管,可以测量岩石基质和孔隙流体间的反应,并发射中子以确定地层孔隙度。

第一阶段实现了完整的伽马射线服务,使操作人员能够进行储层模型关联,测量页岩体积,并确定极端环境中的井眼布局。

Weatherford HeatWave Extreme(HWE)

威德福与在泰国湾从事勘探开发作业的一家大型公司共同设计HEX系统并进行现场验证

电阻率和密度系统

在第二阶段,开发团队研制了一款完全补偿的双频电阻率工具。该工具有2个集中安装的接收器天线,且在每个天线上下20-in、30-in、46-in间隔的地方各有3个发射器。工具的工作频率为2 MHz和400 KHz,可以提供不同测量深度和垂直分辨率的一系列曲线。

该团队对中子孔隙度工具进行了升级,包含了密度测量。密度工具含闪烁探测器,用于测量来自安装在节箍上的化学源的伽马射线散射。密度探测器包括浅、深度测量系统,包含钨屏蔽确保仅向地层发射伽马射线。电阻率服务能够确定油气原始资源量,计算含水饱和度和孔隙压力。中子密度服务可以确定含水饱和度、岩性和孔隙度。

这一开发阶段还包括一个全新的预防性维护计划,以跟踪温度和振动频率并相应地调整维护计划。最终形成的LWD工具串,可在200℃温度环境下连续作业200小时,在不采取降温措施的情况下,210℃的环境下“存活”4小时,显著降低了非生产时间(NPT)和超高温高压环境下总体钻井成本。

在第二阶段结束时,一套完整的可以在极端环境下作业的标准三项LWD系统已准备就绪,随时可以应用于现场。设计团队在第二阶段还设计了另外一套6-3/4-in的高温LWD工具,可以应用于6-in到8-1/2-in的井眼。

海上油气开发会战

作为泰国湾海域高温高压钻井活动的一部分,作业公司在几口井采用了LWD系统。该系统为在高达200℃的温度下采集伽马射线、电阻率、中子孔隙度、井径和环空压力以及密度数据提供了可靠方法。

HEX总成的高温传感器总共运行2932小时,钻井进尺74906m,其中温度超过175℃的时间为947小时。该系统总共作业了37口井,没有出现任何工具故障,也没有发生入井无信号的情况以及安全事件,NPT小于1%。

每口井的作业中,井队均未采取降温措施就钻达了总井深。另外采用该技术后,总钻井时间减少了28%,即每口井减少20小时,相当于每口井节约了15万美元,整个会战期间共节约690万美元。

威德福研制的标准三项LWD系统,可以应用于全世界井温最高的井,提供可靠、高质量的油藏描述数据;定位产层;实时调整钻井策略。HEX LWD服务不仅可以提供可靠的高温高压井LWD数据,还无需多次入井和采取其他降温措施。

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