By Julio Loreto，Aly Bassiouny，Onochie Michael Okorie，Brad Zukiwsky / Weatherford為了從復(fù)雜的儲層中提取所有可能的碳?xì)浠衔?，先進(jìn)的RSS和LWD技術(shù)提高了整體鉆井效率，并降低了鉆井壽命內(nèi)的施工成本。
當(dāng)尋找額外的油氣資源迫使運(yùn)營商重新考慮傳統(tǒng)的鉆井理念時(shí)，非垂直井眼應(yīng)運(yùn)而生。為了達(dá)到這些額外的沉積物，操作員需要一種在特定方向鉆孔的方法。傳統(tǒng)上，定向鉆井從單一地面位置和已建立的垂直井眼進(jìn)行作業(yè)，早期版本的定向鉆井部署了非旋轉(zhuǎn)彎曲接頭，以轉(zhuǎn)移鉆頭，將其對準(zhǔn)地層中未開發(fā)的資源。非常規(guī)水平井市場很快成為了如何在現(xiàn)代市場中保持能源行業(yè)需求的問題的答案。
盡管常規(guī)定向鉆井變得很好，但它仍然缺乏鉆大位移井和實(shí)現(xiàn)儲層真正潛力所需的精度和可靠性。這些長而曲折的水平井通常需要曲折的軌跡來鉆穿復(fù)雜地層并與目標(biāo)碳?xì)浠衔锝佑|。為了應(yīng)對這些新的壓力，Weatherford創(chuàng)新并開發(fā)了一種適合用途的工具，專門用于延長油氣田的使用壽命，并以更可靠的方式實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。
RSS將高性能鉆井與全方位控制相結(jié)合。Weatherford開發(fā)了Magnus® rotary-steerable system(RSS)，見圖1。RSS采用推式鉆頭設(shè)計(jì)，將可靠、高性能的鉆井與精確的定向控制相結(jié)合，使操作員能夠延長每次鉆井的性能，從而提供更快的鉆井、更好的井筒和高質(zhì)量的測量。
圖1 三個(gè)獨(dú)立的襯墊積極管理整個(gè)井眼的方向，優(yōu)化井眼軌跡，提高井眼質(zhì)量。
Magnus RSS的堅(jiān)固設(shè)計(jì)使其能夠長時(shí)間留在井筒中，并盡可能降低成本。通常大多數(shù)鉆井作業(yè)可以在一次進(jìn)尺中進(jìn)行。RSS采用流線型設(shè)計(jì)，具有最小的井底鉆具組合(BHA)穩(wěn)定性、全旋轉(zhuǎn)偏置裝置和優(yōu)化的垃圾槽面積，以降低昂貴的卡鉆事件風(fēng)險(xiǎn)。泥漿驅(qū)動(dòng)墊中的金屬對金屬槍式密封件增強(qiáng)了高壓惡劣鉆井環(huán)境中的機(jī)械完整性，并提高了整體系統(tǒng)穩(wěn)定性。
三個(gè)獨(dú)立的襯墊和閥提供比例控制，使襯墊能夠完全縮回，用于緊孔應(yīng)用、鉸孔或水泥/靴形鉆井。三個(gè)襯墊在整個(gè)鉆井過程中主動(dòng)管理鉆頭的方向，并且僅在需要時(shí)激活以保持井軌跡。這種選擇性的襯墊激活能夠?qū)崿F(xiàn)比例轉(zhuǎn)向，并通過消除不必要的襯墊激活來顯著改善井眼質(zhì)量。這種獨(dú)立性在襯墊或閥門發(fā)生故障時(shí)用作冗余系統(tǒng)，以提高可靠性。
Magnus RSS可以使用標(biāo)準(zhǔn)鉆頭設(shè)計(jì)，使任何操作員都可以在任何地方避免長的交付周期，并減少對額外庫存的需求。RSS中的比例控制系統(tǒng)可進(jìn)行有效的鉆井調(diào)整，以最大程度地減少彎曲，提供一個(gè)平滑、高質(zhì)量的井眼，從而降低未來鉆井作業(yè)的成本。此外，RSS具有高達(dá)10°/100 ft的高折線能力，可以構(gòu)建曲線段，消除校正運(yùn)行，并更快地接觸產(chǎn)層。電子控制系統(tǒng)以快速速度對數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣，以確認(rèn)刀面方向并提供完全控制。
由先進(jìn)的LWD工具提供的準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)信息有助于利用實(shí)時(shí)近位數(shù)據(jù)指導(dǎo)RSS，從而提高整體生產(chǎn)率。在鉆頭后方僅6英尺處進(jìn)行的連續(xù)方位伽馬射線和傾角測量，可使有效的井眼布置和地質(zhì)導(dǎo)向變化保持在目標(biāo)區(qū)域內(nèi)。創(chuàng)新的電子系統(tǒng)和自動(dòng)駕駛功能，包括自動(dòng)調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)能力，為鉆井過程中的航向修正提供閉環(huán)控制。實(shí)時(shí)雙向通信系統(tǒng)在不中斷鉆井的情況下運(yùn)行，向RSS發(fā)送控制信號，然后驗(yàn)證信息，以便轉(zhuǎn)向調(diào)整立即生效。
為了準(zhǔn)備安裝應(yīng)急襯管和套管或完井設(shè)備的井眼，操作員需要對井眼進(jìn)行擴(kuò)孔。最佳情況下，為了降低成本，鉸孔和定向鉆應(yīng)同時(shí)進(jìn)行。為了滿足操作員在鉆井過程中擴(kuò)孔的需求，Weatherford工程師開發(fā)了RipTide鉆井鉸刀。RipTide擴(kuò)孔器通常與RSS配合使用，在一次行程中鉆出一個(gè)光滑、同心的欠鉆孔至TD，如圖2所示。鉆孔鉸刀將鉆孔擴(kuò)大至鉆頭直徑以上44%，并提供高質(zhì)量的完井準(zhǔn)備鉆孔。
圖2 RipTide鉆井?dāng)U眼器是一種同心質(zhì)量平衡鉆下擴(kuò)眼器，能夠在套管限制下擴(kuò)大鉆孔。當(dāng)與RSS或旋轉(zhuǎn)BHA一起使用時(shí)，多功能鉸刀可以同時(shí)鉆孔和放大。
Riptide鉸刀采用質(zhì)量平衡的三刀塊布置，與RSS一起工作，以最大限度地減少鉆井時(shí)的振動(dòng)，可通過多種方法激活：機(jī)械落球系統(tǒng)、壓力循環(huán)激活或電子射頻識別(RFID)標(biāo)簽。RFID系統(tǒng)在提供無限井下激活周期、全通孔內(nèi)徑方面處于行業(yè)領(lǐng)先地位，并使操作員能夠在鉆井組件中放置多個(gè)鉸刀。
案例研究
墨西哥近海。RFID系統(tǒng)被證明是墨西哥成功運(yùn)營的關(guān)鍵組件。在海上油田，操作員需要從套管鞋上鉆取并擴(kuò)大2657英尺厚的鹽穹。使操作更成問題的是該領(lǐng)域典型的頻繁卡管問題，尤其是孔徑為12¼英寸至14¾英寸的情況。在之前的偏置運(yùn)行中，操作員需要兩次操作才能獲得預(yù)期結(jié)果。
工程師建議將RipTide鉸刀納入鉆井組件并部署到井筒中。使用RFID追蹤器，在套管鞋下方激活鉆井鉸刀，并擴(kuò)大鹽丘層段。放大完成后，通過RFID追蹤器停用了擴(kuò)孔器。這使得操作員能夠在常規(guī)鉆井至目標(biāo)深度時(shí)關(guān)閉井段，而無需額外的起下鉆。
通過選擇RFID鉸刀的無限制的、按需激活和停用功能，操作員優(yōu)化了井下時(shí)間，減少了鹽地層的暴露時(shí)間。這項(xiàng)工作在一次運(yùn)行中完成，節(jié)省了四天的鉆井時(shí)間和大約68萬美元(假設(shè)每日成本為17萬美元)。
墨西哥。在另一項(xiàng)墨西哥申請中，一名操作員要求在鹽丘中鉆一個(gè)新的鉆孔，鉆井液中含有2.19 gr/cc (18.3ppg)的重油基泥漿。鉆井液中固體含量高(超過40%)，盡管經(jīng)常出現(xiàn)乳化液不穩(wěn)定問題，但主要設(shè)計(jì)用于在鹽層中鉆井。操作員通常會遇到與鹽地層中高濃度的固體卡套管以及高鉆井扭矩和扭轉(zhuǎn)振動(dòng)相關(guān)的工具故障。最好的行動(dòng)方案是使用帶有電池的RSS電源以克服之前與高固體含量相關(guān)的故障。此外，多功能鉆井鉸刀不僅可以擴(kuò)大鹽層并降低卡管風(fēng)險(xiǎn)，而且在鉆完鹽層后可以停用，以最大化鉆速(ROP)。
RSS滿足了這項(xiàng)工作的要求，特別是具有靈活的電源能力，使工具能夠僅使用電池電源來操作，以增強(qiáng)工具內(nèi)部的流動(dòng)，而不會受到渦輪螺旋槳的限制，這通常是由于偏移井中的固體而導(dǎo)致過早故障的原因。此外，RSS可設(shè)置為“轉(zhuǎn)向關(guān)閉”模式，使操作員能夠鉆過高振動(dòng)區(qū)域，同時(shí)最大限度地減少刀具磨損并提高鉆孔質(zhì)量。這次行動(dòng)成功的一個(gè)關(guān)鍵因素是Centro™ 鉆井施工優(yōu)化平臺，實(shí)時(shí)收集所有鉆井?dāng)?shù)據(jù)，并由位于實(shí)時(shí)操作中心的工程師監(jiān)控和優(yōu)化鉆井參數(shù)。
Weatherford加速完成了這一部分，節(jié)省了四天時(shí)間，節(jié)省了大約165000美元。RSS有效地克服了與橫向振動(dòng)和高泥漿固含量相關(guān)的所有挑戰(zhàn)，這些問題導(dǎo)致其他RSS工具上的渦輪葉輪堵塞。RipTide擴(kuò)孔器以67.68英尺/小時(shí)的鉆速擴(kuò)大了剖面，比預(yù)期高126%。鹽段的擴(kuò)大防止了所有卡管事件，這些挑戰(zhàn)使運(yùn)營商在之前的油井上損失了數(shù)十萬美元的時(shí)間。
土耳其。對于土耳其的一家運(yùn)營商來說，挑戰(zhàn)集中在測井上。由于石灰?guī)r地層中的鉆孔條件，常規(guī)電纜工具無法記錄9255英尺至10541英尺的垂直剖面。因此，操作員無法獲得高分辨率鉆孔圖像數(shù)據(jù)，以識別填充14.84 ppg (1.78 g/cc) 油基泥漿的井中的裂縫。
Weatherford工程師推薦了一套由UltraWave®超聲波成像儀固定的LWD工具，見圖3。成像儀在石油或水基泥漿系統(tǒng)中鉆井時(shí)提供高分辨率鉆孔圖像和井徑測量。它記錄了從井壁反射的超聲波的振幅和傳播時(shí)間。這些測量值記錄在鉆孔周圍的128個(gè)方位角扇區(qū)中，在鉆孔時(shí)提供高分辨率的360°鉆孔圖像。
圖3 振幅和行程時(shí)間圖像的兩個(gè)井段顯示了天然裂縫和鉆井引起的裂縫以及存在的破裂。
測井套件還包括實(shí)時(shí)遙測系統(tǒng)、MWD惡劣環(huán)境測井系統(tǒng)、方位伽馬射線傳感器、電阻率工具和聲波工具。LWD工具被部署到井筒中，UltraWave成像儀采集了用于儲層和評價(jià)的高分辨率振幅圖像。其他隨鉆測井工具收集了伽馬射線、電阻率和聲波數(shù)據(jù)，所有這些數(shù)據(jù)都使得直接識別井眼惡劣環(huán)境中的裂縫和其他特征成為可能。
先進(jìn)的技術(shù)能產(chǎn)生持久的效果。為了從儲層中提取所有可能的油氣資產(chǎn)，操作員必須克服復(fù)雜的井幾何結(jié)構(gòu)，以鉆大范圍、非常規(guī)水平井。由先進(jìn)LWD技術(shù)指導(dǎo)的創(chuàng)新Magnus RSS和RipTide鉆井鉸刀等定向鉆井技術(shù)可以提高整體鉆井效率，降低鉆井成本。這些工具和服務(wù)使操作員能夠在更惡劣的作業(yè)環(huán)境中在井下停留更長時(shí)間，并在油井的使用壽命內(nèi)提供長期的生產(chǎn)成果。
