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【本周专题:数字化】数字化方案提高定向钻井精度(上)

【本周专题:数字化】数字化方案提高定向钻井精度(上)

服务公司也在改进旋转导向系统,以便在复杂、低作业成本的环境下更可靠地钻井。

来自 | Eva Vigh
编译 | 白小明 影子

在本轮油价下跌周期中,全球定向钻井服务市场受到重挫。就市值而言,定向钻井从2014年的165.5亿美元下跌到2015年的109.5亿美元,2016年进一步缩水至67.1亿。根据Mordor Intelligence研究分析师Rajashekar Lokam的说法,这种市值的下跌主要归因于在低油价环境下许多项目被取消了。

然而,经过连续3年的下跌后,市场逐渐开始反转。截止2017年底,定向钻井服务的市值升至96亿美元,据Lokam的说法,这主要归因于钻井作业量、深水项目投资、美国油井水平段长度三者的增加。

【本周专题:数字化】数字化方案提高定向钻井精度(上)

经过2年市值的连续下跌后,2017年定向钻井市场开始回暖

无论市场如何变化,或者正是因为市场的这种变化,定向钻井技术比之前有了更快的发展。受到缩减预算的限制,在井眼轨迹控制方面作业公司需要提高精度和质量。

Nabors钻井解决方案公司董事长Christopher Papouras 表示,“随着作业公司的完井和油气开采技术变得越来越复杂,他们开始意识到缩短建井周期,确定井眼轨迹非常关键。”

“他们现在意识到了每口井的产量是不同的,他们也越来越擅长找到不同油井产量不同的原因,这也说明了井眼轨迹的复杂性。”

随着万物互联和寻求优化正在改变如今行业发展的方式,持续改进的理念也在驱动公司研究能够与先进的软件平台整合的定向钻井系统。尤其是自动化和数字技术正在帮助“定向工程师和MWD仪器工程师更快做出决策,以便使我们钻井更高效、更可预测、更连贯。”哈里伯顿Sperry钻井业务线战略业务经理Kiattisak Petpisit如是说。

速度和质量

斯伦贝谢北美陆地钻井作业优化经理Ginger Hildebrand表示,“作业公司希望使用尽可能少的入井次数,在无服务质量事故的前提下,以最快的速度连续钻井。”为了提供工业级性能的定向钻井服务,斯伦贝谢于2014年推出了abbl钻井作业咨询服务。它利用实时井下和地面数据来发出定向指令,指引钻头沿设计轨迹钻进。它也能在执行定向操作的同时,提供客观的滑动钻进反馈信息,例如方位、长度、工具面、马达输出、旋转趋势。

【本周专题:数字化】数字化方案提高定向钻井精度(上)

斯伦贝谢的abbl钻井作业咨询服务利用实时井下和地面数据发出定向指令,指引钻头沿设计轨迹钻进。它也能在执行定向操作的同时,提供客观的滑动钻进反馈信息,例如方位、长度、工具面、马达输出、旋转趋势。

2017年11月,钻井公司使用这种服务在北美陆地钻井市场共取得了超过128万米的进尺,尤其是在俄克拉荷马州的SCOOP和STACK区块,以及Midland、 特拉华州及加拿大西部盆地。在过去的一年里,来自操作人员和斯伦贝谢abbl指令中心(监控采用此服务钻探的每一口井)的反馈信息,共同改进和增加了系统的功能性。

Hildebrand表示,虽然该应用的最初目的是提供实时指导,但最新开发增加了分析功能,可以使钻井工程师将结果加入到其后续井的设计过程。“一旦作业没有按照计划进行,操作人员希望找到原因,以及如何使用经验在今后的作业中做得更好。”

“随着不断的发展,abbl定向顾问正变得越来越先进。起初,服务只包含历史和预测的滑动趋势信息。在接下来的阶段,增加了旋转趋势探测,之后增加了旋转趋势预测能力。”近期其他的进展主要集中在使服务在处理丢失、间歇性数据,以及遇到如井深偏移等非预期事件时更具灵活性。

Hildebrand称,总体而言,从定向工程师处得到的反馈都是积极的。“完全培训一名定向工程师需要大约1小时,对于特定的一口井,安装软件只需5分钟。每钻一口井,都增加了客户对系统的信心。更广泛地讲,首先,我们会将abbl定向顾问作为一个服务质量保障工具来介绍,之后根据操作人员的建议改进,直到作业公司和操作人员使用得心应手。”

服务也可以用于提高定向工程师的能力以及提高性能。她说,“仔细、客观检查夜班人员的工作,可以避免服务质量问题,在白班夜班工程师间建立更加紧密的合作关系。我们曾遇到一个案例,作业公司质疑夜班定向工程师滑动钻进的能力,我们使用abbl工具面控制记录帮助定向工程师提高其技能。”

尽管有些定向工程师表示出他们担心自己被软件“监控”,然而这种服务实际上可提高优秀的定向工程师的分析技能,帮助他们不断钻出作业公司期望的油气井。Hildebrand说,“虽然abbl定向顾问可以识别作业问题,但软件更多的是发现优秀的操作。它可以提供反映滑动效率的详细滑动记录,帮助理解为什么有些操作无法达到要求的狗腿度(DLS),而其他操作却可以。”

在提供可以简化和自动化流程的软件的同时,斯伦贝谢也在研发针对复杂钻井环境的井下工具;目的是增加定向钻井作业的可靠性。2017年9月,公司推出了PowerDrive Xcel旋转导向系统(RSS),它是PowerDrive系列的组成部分。RSS针对大造斜率轨迹设计,提供备份的惯性定向控制,可以通过向下传输数据与传统控制模式进行切换。

斯伦贝谢旋转导向系统产品牵头人Juan Restrepo称,“通过在其方向上引入一个速率陀螺和井斜包(包括3轴磁力计和加速计),可实现这种惯性模式。在磁场干扰较大的区域,PowerDrive Xcel RSS可以接收到精确的参考旋转,可进行轨迹控制。这降低了拥挤的平台井井眼的碰撞风险,可实现套管井开窗侧钻,在钻坚硬地层和排除区域,以及工具横截面地球磁场分量很小时定向钻进的精确控制。”

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PowerDrive Xcel RSS针对大造斜率定向钻井作业设计,通过配置,工具可以满足大狗腿度和井眼轨迹光滑的定向需求

Restrepo指出,全新的RSS允许用户配置,它是一款可定制的工具,而不是简单的通用型工具。“通过配置,工具可在对狗腿度要求严格的应用中最大化曲率,或者严格控制长稳斜段的轨迹。换言之,可以选择最佳的工具配置匹配定向需求,获得更高的狗腿度和更光滑的井眼轨迹。”

去年在巴西海上作业中,巴西国家石油公司(Petrobras)在一口导眼井使用斯伦贝谢的全新RSS旋转导向系统进行了开窗侧钻。此项工作需要系统在可能钻出油藏的潜在风险下,实现地质导向进入复杂的浊流岩油藏,要能够在高磁场干扰的情况下进行陀螺导向。由于存在9-5/8in.套管产生的磁场干扰,常规的基于磁力计的RSS需要离套管鞋约15m的间距。

去年在巴西海上作业中,Petrobras在一口导眼井使用斯伦贝谢的PowerDrive Xcel RSS旋转导向系统进行了开窗侧钻。RSS的惯性模式使Petrobras能够在存在磁干扰的情况下,在套管鞋以下仅1m处进行开窗。

这种间距有可能导致井眼轨迹完全钻出砂体,从而影响整个井眼的布局。尽管有磁干扰,PowerDrive Xcel RSS的惯性模式仍帮助Petrobras在套管鞋以下仅1 m处实现开窗,在钻进16 m后实现与导眼井的完全偏离,并将井斜从82°增加到85°,狗腿度为5.33°/30 m。

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