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新技术扫清连续油管钻井发展的障碍

新技术扫清连续油管钻井发展的障碍

利用自动化与预测技术,将所有连续油管钻井作业整合到一个系统,使连续油管钻井技术的性能发生了质的改变。

来自丨E&P
编译丨TOM 白小明

自半个世纪前应用于油田以来,连续油管(CT)已证明其不仅是一种高度可靠且稳健的井筒维修与干预方法,而且它也在不断地创新以满足越来越复杂的油藏与井筒的苛刻要求。

虽然连续油管已经改变了许多领域的传统作业方式,在20世纪90年代中后期就已经将连续油管应用于钻井作业,但由于技术上的障碍,该项技术一直发展缓慢。连续油管钻井(CTD)系统配备了一根缠绕在滚筒上的小直径连续油管,以及用于旋转的泥浆马达。连续油管钻井需要对不断变化的井下与地面条件做出快速反应,如井涌、地层变化、井控问题、井位决策以及钻井速度。

该技术非常适用于具有挑战性的钻井条件,包括过油管重入钻井作业与欠平衡钻井(UBD)作业。连续油管钻机通常只需较少的人员,且比常规钻机的占地面积小很多。尽管有这些优势,但由于缺乏协调与整合,还是难以稳定的解决这些作业中的复杂情况。

最近随着科技的进步,在自动化与预测技术的驱动下,将自动化电动连续油管钻机、实时定向底部钻具组合(BHA)与定制的欠平衡地面分离套件整合成一个电动系统,该系统让连续油管钻井技术的性能发生了质的改变。

欠平衡连续油管钻井(UBCTD)越来越被认为是开发裂缝性碳酸盐岩与地质条件复杂的砂岩储层的潜力的关键。该技术拥有的优势有:在整个钻完井作业中保持井的生产,避免井筒伤害,在多数情况下能够减少后续的增产作业需求。

目前,欠平衡连续油管钻井技术主要应用在中东地区,但随着集成系统的发展,该技术也开始广泛运用于全球各个地区。最近,在中东地区的一个大型分支井作业中,斯伦贝谢的连续油管钻井集成系统整合了数据通信、自动化与功能性方面的先进技术,可提供一个完全连接且自我维持的作业过程。该系统还包括数字遥测与自动化的子系统,能够提高实时决策的能力。全电动系统可以提供高速传输的数据,使快速反应子系统能够通过自动测量多个井下参数,来提高钻井效率并降低作业风险,这些井下参数包括:

1、优化扭矩与钻压可加快钻进速度,提高起下钻速度并防止制动;

2、监测井底压力与泵排量,以加强井控并保护地层免受钻井液的伤害;

3、监测井底与地面的压力和温度,以防止发生段塞流与井涌。

新技术扫清连续油管钻井发展的障碍

消除风险,提高效率

连续油管钻井作业的传统方法过于碎片化,因此驱动了集成系统的发展。传统方法需要多个服务商提供独立的服务,而且还需要人为决策,这都会导致作业效率低下,作业间配合困难,产生非生产时间以及缺乏准确性。集成系统整合了连续油管钻井作业各方面的技术,协同工作,优化作业,提高效率,减少现场人员,并最大限度地降低总体HSE与作业的风险。

该技术最初应用于中东某气田的一口多分支井,该地区的主要特征是储层为裂缝性碳酸盐岩,因此必须采用欠平衡钻井技术,以避免钻井作业中发生井漏并对储层造成伤害。

这些地层通常具有坚硬的、研磨性强的深部砂岩,还伴有泥岩与粉砂岩的夹层。无侧限抗压强度高达35000 psi,内摩擦角范围25°-60°,在这些油田钻井非常困难,而且很难钻至设计的侧向井段长度,在这种情况下裸眼侧钻也很难进行。

自2010年以来,已在该地区成功实施了欠平衡连续油管钻井。但是,与传统的欠平衡连续油管钻井方法相比,集成方法能够通过连接至地面的连续循环,监测井下测量的数据,从而提高钻进速度,降低作业风险,增加储层接触面积,而且能够更快地做出决策,最终优化了整个作业流程。

该技术的核心是自动化的XTD4连续油管钻机,该钻机可捕获数据并提供对整个连续油管钻井作业的指令与控制。交流电驱动的大排量连续油管注入头是XTD系列钻机的基础。自2010年以来该系列钻机的钻井总进尺达201168米,且从未发生过严重的停机事件。该注入头依靠交流电驱动与控制整个系统,还专门针对沙漠的钻井条件采用了高强度设计,可提供200000磅的牵引力,并能够配合井下传感器实现精确控制。

重新设计的XTD4钻机旨在高效安全地下入底部钻具组合,优化载荷与服务界面以实现高效的钻机移动,将起放钻机的作业时间减少了20%。所有服务都通过即插即用式数字集线器与指挥中心进行集成。自动化作业能够利用系统上的安全联锁装置,减少钻机工作负载并保护现场人员。

2016年推出的欠平衡地面分离套件,旨在预防、检测与减少潜在的井控事件,并优化欠平衡钻井作业期间的井壁稳定性。该系统的全自动操作系统、持续控制以及安全协议,能够实现远程实时控制与监控。模块化、占地面积小的车载设备,确保了紧凑性与易于部署,也能够在钻井与采油作业期间安全控制、分离、测量以及导流油气混合流体,同时即插即用式仪器与集线器将所有的服务集成在一起。

这种地面分离套件拥有可定制的Diligens移动式生产测试技术,专为快速安装与拆卸而设计,每天可以测试多口井。在洗井期间,移动式生产测试设备能够接收与处理流体,以支持修井作业。未来将采用一个多相生产测试设备来进一步扩大作业范围,该设备在同一制动器上安装有两个多相流量计,可以在任何多相流环境下提供可重复的流量测量。

增加储层暴露面积,减少储层伤害

该平台还集成了斯伦贝谢的CTDirect连续油管定向钻井系统,该系统的连续定向钻具组合可最大限度地减少欠平衡作业中的储层伤害。

CTDirect系统与钻机和欠平衡地面分离套件进行整合,可以实时提供井下测量的数据,包括钻井力学、冲击与振动、井斜、伽马、方位角以及工具面,并能够将数据无缝传输到地面,在井场实现连续监测,从而精确的控制定向以及即时做出钻井作业的决策。

上述这些都是建立在4年多连续作业的基础上,该系统共钻了超过100口斜井段,总进尺为47853.6米,最大造斜率达到40°/30米。相比常规井下钻具组合在油田应用的平均数据,该系统提高了200%的钻进速度,提前完成成本回收,并显著降低了油井增产作业的成本。与定向钻井相比,它将重入井的产量提高了300%-700%。

完全集成的解决方案克服了欠平衡连续油管钻井技术的局限性,该局限性一直阻碍这种技术被主流所接受。通过提高作业效率,同时减少作业风险与非生产时间,该集成方法有望扩大欠平衡连续油管钻井在具有挑战性的地层中的潜力。

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