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【本周专题:数字化】数字化方案提高定向钻井精度(下)

【本周专题:数字化】数字化方案提高定向钻井精度(下)

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

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。

实现自动化

自2017年下半年以来,基于在Bakken、Haynesville和Eagle Ford使用该系统钻探100多口水平井的经验,Nabors钻井公司一直在改进和增加其RigWatch Navigator软件平台的功能。通过将地质导向决策无缝地结合到定向钻井工作流程中,该软件有助于消除更多以人工方式传递地质导向指令的模式,如通过电话或在线消息。通过Navigator软件,定向工程师每钻进30米,就接收一次自动化定向钻井决策和指导。

Papouras称,“软件的逻辑正在逐渐成熟,现在正在考虑结合多种信息,如井斜、旋转趋势和方位角,以及现有油井的历史数据,以确定将最佳指令发送给定向操作人员,从而获得设计的井眼轨迹。”例如,如果在前期井的某一深度发生漂移变化,在未来一口井的钻进过程中,当即将钻至同样深度时,系统将认识到很可能也会遇到漂移变化,从而修改指令。

他继续讲道,“系统利用以前的历史数据,告知用户未来如何操作,并相应地修改假设。对于Navigator,我们目前一直在试图获得更多有效的历史数据来告知用户未来的指令。”

Nabors也扩展了该技术,将地质导向流程的更多用户联系起来。例如,对靶点的任何变更都是系统的直接输入,Navigator将自动更新设计,这些信息将立即对参与地质导向处理的所有人员都可见,Papouras说,“Navigator将所有这些工作流程都集中到一个系统中。”

基于公司在钻井自动化方面的经验,Nabors也研发了ROCKIT Pilot钻井软件,预计将于今年第三季度开始商用。它利用井下数据旋转顶驱位置,来自动控制井下钻具组合,并在定向期间控制滑动钻进。它也接受Navigator推荐的指令来自动执行滑动钻进的整个流程。

【本周专题:数字化】数字化方案提高定向钻井精度(下)

Nabor的ROCKIT Pilot钻井软件利用井下数据旋转顶驱位置,来自动控制底部钻具组合,并在定向时控制滑动钻进。近期在Permian盆地,用户使用该软件和Navigator钻了8口井。结果显示,这些技术与定向工程师相比,在很多关键绩效指标(KPI)方面表现相当或更好,如ROP、工具面控制、预滑动时间和总进尺。

Papouras表示,“Navigator引入了工具面定位、自动送钻和工具面维护方面的最佳实践。最终,这种自动化能力将使Nabors能够在关键作业中,利用定向钻井专家们的智慧,而不是简单地执行滑动钻进。”

他表示, 2017年6月至11月期间,在Permian盆地钻的8口井的结果表明,Navigator-Pilot的组合与定向工程师相比,在很多关键绩效指标(KPI)方面表现相当或更好。“例如,在执行方面,我们测量了诸如ROP、工具面控制、预滑动时间和总进尺等,所有这些数据都较之前有所改善。”在决策方面,一个可衡量的关键绩效指标,是与定向工程师相比,一井段中滑动钻进的进尺。这些数据都非常接近。

ROCKIT Pilot和Navigator的设计都是为了与Nabor的Rigtelligent钻井控制系统集成,该系统已安装在了公司大部分的钻机上。Papouras称,通过在所有钻机中采用通用的平台,可以更容易将新硬件和增强功能集成到钻机上。

一套完整的服务包

哈里伯顿Sperry钻井公司正准备于2018年第三季度推出公司第一款推靠式旋转导向系统(RSS)。为了加速这项新技术的开发,公司已调动了自己的钻机来快速跟踪测试过程,从而不影响作业公司的井。新的RSS设计坚固耐用,聚焦于改善钻压、扭矩和转速(RPM)方面的能力,以便使客户在更复杂的钻井环境(非常规、深水和成熟油田)下获得更佳的性能。

系统还具有先进的诊断和预测能力,用于预防性维护和改进可靠性。Petpisit说,“这源于机器学习,当工具遇到在某个频率、强度下的特定振动时,可以学习预测振动可以持续多长时间。”

根据公司的说法,智能和自主决策能力使哈里伯顿的首款推靠式RSS与其他同类产品有所不同。该功能由咨询系统提供,由井下处理器和井下数据提供支持。最终,哈里伯顿预计能够将咨询系统安装在井底钻具组合内。

然而,真正的区别在于其智能和自主决策能力,重点在于提高钻井效率和可预测的性能,他补充道。该功能由钻井咨询系统提供,由井下数据驱动,并集成到公司的钻井自动化平台中。Petpisit称,“我们正在经历数字化转型,我们正在建立一个企业架构,而架构的一部分就是钻井自动化平台,旨在帮助作业公司缩短钻井时间。”新的RSS使用先进的基于物理学的算法来计算距离钻头前方300米处的井眼布局。

截至2018年3月,德克萨斯州共有8口陆上油井采用了驱动自动化系统的钻井咨询软件。哈里伯顿表示,在这些井中,软件持续提供的数据显示实际轨迹与设计目标距离不超过1米。新的RSS还提供了更好的振动管理,Petpisit称之为“钻井效率的克星”。该工具上的传感器每秒钟收集1,000组数据(如振动和旋转数据),这些数据在工具中高速处理,然后进入全球数据库进行实时决策。他解释说,“工具故障模式可以与振动类型、频率和大小相关联。理解、识别和缓解这些振动可以减少井下工具故障。”

Sperry钻井正在与哈里伯顿流体服务部门Baroid合作研究BaraLogix自主钻井液测量系统,并与哈里伯顿钻头部门(哈里伯顿钻头和服务)合作开发智能钻头,Petpisit认为这可以提高RSS性能和井眼质量。“我们正在共同努力提供一种解决方案,使司钻可以同时监控井眼清洁、压力管理、定向控制和振动管理,同时通过使用更低成本采出更多桶油来帮助客户实现资产价值最大化。”

用户驱动型解决方案

在行业低迷期,服务公司都在努力提供既高效又经济实惠的定向钻井解决方案,大多数客户资金短缺,做投资时犹豫不决。威德福钻井和评价部门的RD&E总监John Clegg说,“为了能够在更广阔的市场竞争,服务公司需要提供对作业公司而言非常有吸引力的产品,要经济可行。我们现在处于油价极低的环境中,这促使整个市场寻求更经济、简单、可靠、低成本的操作工具。”

为了应对这种市场需求,威德福正准备推出新一代RSS,这种RSS可以在油价在50美元/桶时经济可行。首次商业试验预计将于2018年完成。该设计融合了诸如可变井眼方向控制等特点,可以使用相同的工具钻斜井段和分支段,同时最大限度地减少弯曲度和降低卡钻风险。

Clegg说,客户现在需要能够钻出更长水平分支段(有些情况下要达到6000米)的高性能工具,并解决其他诸如窄压力窗口等难题。新的RSS有一个大的垃圾槽区,与地层的接触点数量最少,这减少了卡钻的可能性。此外,该工具可与市场上所有钻头兼容。

他说,RSS工具外部的所有部件都随钻头一起旋转,不存在不旋转的套筒或其他非旋转元件,“非旋转套筒可能带来麻烦。另外,设计的扶正器或工具导向头处都没有全保径元件。工具上所有元件的尺寸都小于名义井眼尺寸。”

虽然威德福的RSS与市场上其他推靠式工具具有相同的设计原理,但关键区别在于其对井眼方向的更大可变控制。Clegg称,“在比例控制方面,它增加了更多的改进,可以精确获得各种井眼轨迹。”控制系统设计可用于任何井斜,可以使用同一套工具进行垂直或水平钻井。

威德福于2016年开始设计此RSS,并于2017年初在美国进行初步测试。公司期望2018年与中东一家国家石油公司合作进行商业试验。

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