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五大油服的旋转导向系统大比拼(二)

五大油服的旋转导向系统大比拼

本文结合Nabors Drilling Solutions、NOV、Halliburton、Schlumberger和Baker Hughes公司专家们的解答,给大家介绍旋转导向技术的最近进展情况。

来自 | E&P
编译 | 葡萄

哈里伯顿的GeoPilot Duro

五大油服的旋转导向系统大比拼

2016年哈里伯顿公司推出的GeoPilot Duro旋转导向系统用于容易发生振动的地层环境。通过哈里伯顿ADT Optimization服务,旋转导向系统能够自动运行作业前工程项目和实时监测系统。

油服公司正努力寻找方法改善旋转导向系统的抗振性,特别是像巴西盐下和多山地区,比如Rockies和Andes,在这些地方,振动是一个棘手的问题。最近,哈里伯顿的GeoPilot指向式旋转导向平台上增加了新应用,即GeoPilot Duro,该系统于2016年推出,用于容易发生振动的地层环境。该套工具的轴承和电子器件都进行了加固,增加了抗振性,因此能够挑战工具的应用极限,进一步提高机械钻速,同时不偏离轨迹。另外,重新设计的深层稳定器,增加73%的流动面积,减少岩屑在工具周围的堆积,使井眼更清洁。

然而,仅有这样的机械设计还不能完全抵抗振动影响,我们应该清楚最佳钻井参数是什么,不同环境下钻进的风险和挑战,包括极易发生钻柱振动的地层、不易导向的地层和不稳定地层。为此,通过哈里伯顿ADT Optimization 服务,旋转导向系统自动运行作业前工程项目和实时监测系统。借助于加固的工具系统、预设计工程和实时监测系统,该公司能够进一步扩大服务体系的工作窗口。据哈里伯顿公司介绍,目前钻井转速提高至300转/分钟,而对于高振地层,转速范围增加了33%-100%。新的技术极限提高了钻井速度,大大降低非生产时间。

旋转导向系统会监测钻柱振动,特别是粘滑振动以及井眼清洁和摩阻扭矩。在模拟阶段,将钻井设计和钻井参数输入到系统中,识别潜在风险和解决方法。同时借此知道最佳的性能参数是什么,即最佳机械钻速、最佳井眼清洁参数和最有效的轨迹结构,以便于花最少时间直接钻遇目的层。

钻井开始时,模型实时更新钻井数据,如数据匹配模型,以便知道目前正以最佳性能钻进。如果发现参数有偏移,井下一定发生了异常情况需要处理。工人们需要判断出异常情况的原因并加以修正,让钻进保持最佳状态。

GeoPilot中的传感器,包括加速计、陀螺仪和磁力计,能够探测到钻柱振动和严重程度,将这些数据与地面数据结合,用于分析发生振动的机理和原因,然后采取相应措施。弄明白何时如何发生振动后,就能通过参数设置以最高机械钻速钻进而不产生钻柱振动。

据哈里伯顿介绍,拉丁美洲的一家公司想一次完成盐层水平段的钻进,这家公司计划10天内完钻,但借助GeoPilot Duro旋转导向系统配合其他设施仅用7天就完成了,节省三天钻井时间。

斯伦贝谢的PowerDrive vorteX Max

提高机械钻速和降低钻井时间是斯伦贝谢公司旋转导向系统研发的主要目标。2017年第一季度,该公司将其新的PowerDrive RSS系统组合,即PowerDrive vorteX Max进行商业化应用。通过IDEAS综合动态设计和分析平台,斯伦贝谢高性能旋转导向系统结合了高扭矩高转速能力以及先进的模型。通过模型,它解除高转速模式,同时优化动力部分,给出了一个非常强劲的导向系统。

工具的动力部分将泥浆液压动力转化为机械能,增加的转速和钻压转化为井底高的机械钻速。根据先进模型、样品实验分析结果和现场经验,公司称相比于标准的旋转导向系统,我们的导向系统能够增加转速接近60%。

五大油服的旋转导向系统大比拼

PowerDrive Orbit为金属密封方式,它能用于橡胶密封不能用的油基泥浆和复杂流体中。

五大油服的旋转导向系统大比拼

工具的动力部分将泥浆液压动力转化为机械能,增加的转速和钻压转化为井底高的机械钻速。

作为一个附加功能,利用IDEAS软件进行作业前模拟,优化驱动系统性能,评估影响导向系统的钻井和井眼条件。该软件于2011年发行,为了预测和优化井下钻具组合性能和寿命,它采用基于时间的四维模拟技术,能够捕捉到整个钻柱和井筒的几何形态。该软件能模拟出不同地层和岩石条件下各种钻头和旋转导向系统的性能,让作业者有信心高效完成钻进作业。

旋转导向系统具有自动导向功能,它无需钻工输入参数,就可以得到预想的倾角和方位角。一般情况下,钻工会跟踪倾角和方位角变化情况,如果必要他们会发出下行指令改变设置,例如在遇到交互层时。这种旋转导向系统能够自动跟踪轨迹变化并进行修正,钻工们的任务不再是执行,而是监督,确保工具正常运转,保持工具的高性能和稳定性,无需钻工进行命令、指令和解释。依靠方位和倾角的软件程序,旋转导向系统能够自动调整轨迹,它是由早期倾角闭环控制得来的相关控制步骤。

在过去一年里,Parsley Energy公司在Midland和Delaware盆地应用PowerDrive vorteX Max旋转导向系统80井次,应用结果表明,作业者可以降低钻井天数17%,并且钻井成本降低30%。

来自PowerDrive平台的另外一个旋转导向系统Orbit于2014年商业应用,它可用于陆上和海上大位移井的钻井作业,其特点之一就是采用了金属对金属密封形式,增加了弹性。

金属密封能用于橡胶密封不能用的油基泥浆和复杂流体中。它耐高温,而橡胶会与钻井流体发生反应,会受到油基泥浆的影响,或者在高温下、高固相含量时也会有影响,如果将薄弱环节去掉,就可以提高相应的性能参数,比如转速。

2016年,Laredo Petroleum公司利用PowerDrive Orbit RSS系统在二叠纪的上部Wolfcamp岩层中钻出8 ½英寸井眼。作业者曾经用常规钻具组合钻进,但在长水平段钻进中由于摩阻问题遇到了困难,当利用斯伦贝谢公司的PowerDrive Orbit旋转导向系统钻进时,一次下井就完成了13602英尺长的水平段钻井作业,机械钻速达125英尺/小时,累计钻井时间为108小时。

2016年年末,Eclipse Resources公司在Utica应用PowerDrive Orbit旋转导向系统钻井,利用Smith Bits PDC钻头和斯伦贝谢TelePacer 模块化的MWD平台钻出8 ½英寸井眼,在本次作业中,一次完成18752英尺长的水平段钻井作业,钻井深度为27048英尺,平均机械钻速118英尺/小时,累计钻井时间为157小时。与PowerDrive vortex Max一样,该系统具有自动导向功能,钻进过程的大部分时间,该工具自动导向,不需要钻工干预,因为工具一直能够保持预定的倾角和方位角钻进。另外在整个钻井过程中,钻具组合始终保持在地质窗口中。

贝克休斯的AutoTrak Curve RSS

美国页岩气的兴起推动着旋转导向系统的发展,它能完成高狗腿度和长水平段的钻井作业,例如贝克休斯的AutoTrak Curve RSS,该系统自2013年推出以来,连续钻进作业增多,经常一次下井便完成垂直段、造斜段和水平段的钻井作业。

2017年年初,在Wyoming DJ盆地的Niobrara 地层,利用AutoTrak Curve RSS系统一次完成8 1/2英寸单井眼的垂直段、造斜段和水平段的钻进作业。在6 ¾英寸井眼钻进作业中,结合了贝克休斯的Navi-Drill Ultra XL45马达和8 ½Talon Force高速钻头,作业者在1.95天内钻进15261英尺,创造了该盆地记录,同时也创造出日进尺8267英尺的记录。

五大油服的旋转导向系统大比拼

近期在DJ盆地,AutoTrak Curve RSS系统在1.95天内钻进15261英尺,创造了该盆地记录,同时也创造出日进尺8267英尺的记录。

在应用AutoTrak RSS前,作业者利用传统的导向马达,平均日进尺仅为3194英尺,从地表到完钻总深度的平均钻井天数为5.2天。

贝克休斯应用的钻井组合包括AutoTrak RSS、马达和钻头,在造斜点以后水基泥浆改为油基泥浆,单次入井作业钻进总深度为17857英尺,机械钻速平均为443英尺/小时,作业者达到了预期的10°/100英尺造斜率。

本次作业从一开到完钻耗时3.5天,创造了盆地钻井记录,与临井相比,钻井时间降低了33%。

该系统能够保持连续钻进的关键因素在于其近钻头传感器设置,该传感器可以在MWD测量之前预测出造斜率,精准控制水平段垂深,改善井眼质量,减少弯曲,降低水平段摩阻扭矩,并且利用近钻头振动传感器,还能快速识别钻头附近的功能障碍,进而尽快采取措施缓解问题,大大提高钻井效率。

连续均衡导向机理是AutoTrak portfolio旋转导向系统的根本,他控制着钻井沿预定轨迹钻进,使得井眼光滑、弯曲度小,导向系统上均匀分布着三个推力块,这三个推力块不像推靠式或指向式旋转导向系统时断时续,他们会一直保持工作状态,持续钻进直达目标层。

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