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差之毫厘 謬以千里 井眼軌跡測量不可小覷

差之毫厘 謬以千里 井眼軌跡測量不可小覷

鉆井設計中的井眼軌跡往往是一條直線或是一條平滑曲線。而實際作業的井眼軌跡則會受到定向鉆井工具的機械性能、司鉆經驗和對該井的重視程度以及重力作用的影響,并且井眼軌跡還必須要到達油氣富集儲層。

哈里伯頓公司鉆井技術研究員Robello Samuel透露:“通常情況下,模擬出的井眼軌跡仍為平滑的曲線,但是真實的井眼軌跡則存在嚴重的狗腿現象以及其他不規則性?!盧obello Samuel目前最大的樂趣就是為他在2009年所發表的論文 “There are not clear criterion for defining the quality of the wellbore”《不存在明確的井眼質量標準定義》(SPE 124710)中所提出的問題尋求解決方案。

目前,數家公司已得出估算不規則井眼中摩擦力的方法,他們經過長期的努力,力求能夠更加精準地測量出細小井眼在地下數英里深處的軌跡。石油圈原創www.h29736.cn

其實,他們正在尋求一種更加實用的井身質量測量方法,而不是直接應用已有的公式進行計算的方法,例如最小曲率法,它假設井眼軌跡從上一個測量點以最小半徑沿著平滑曲線向下一個測量點延伸。

盡管這個公式較為實用,但多年的經驗和測試結果表明,在使用彎頭泥漿馬達進行造斜時,該公式對旋轉導向鉆具或定向鉆具鉆出的井眼軌跡的描述效果比較差。上述過程中,在關鍵點附近的鉆進過程中,從井下傳輸到地面的數據可能會出現誤差,尤其是在到達垂向總深時。當使用彎外殼定向鉆井支座時,測量誤差可能還會更大,因為,沒有工具能夠完全避免誤差的存在。

彎曲井眼的軌跡可能會由于狗腿角、螺旋線、井眼沖洗等發生起伏,總而言之,井眼軌跡是彎曲的。儲層巖石能夠反應出司鉆在鉆進過程中沿既定方向鉆進的能力。除此之外,重力作用也會使鉆頭在鉆進過程中偏離既定的鉆進方向。

我們知道,先進的鉆井技術能夠命中更小的靶點,同時這也導致鉆頭的定向作業變的更為復雜。C-FER技術部門是非營利性的石油研究和測試中心,該中心的一位研究員Cam Matthews說:“使用定向鉆具沿著產層中無法預測的軌跡鉆進時會產生狗腿現象,而這恰恰也是軌跡設計所需要的?!?/span>

頂驅的出現增加了上述的不確定性,頂驅可使大型鉆機單次接上90英尺長的單根,然而配有方鉆桿的鉆機單次接鉆桿長度僅為30英尺。停泵接單根作業時,接單根次數減少了,但每90英尺才進行一次數據采集,從而增加了井下鉆進的不確定性。

差之毫厘 謬以千里 井眼軌跡測量不可小覷

1993年,Matthews在與他人合作發表的論文(SPE 22852)中曾告誡,測量值之間的差異可能會引發測量誤差。Edward Stockhausen是雪佛龍公司的一位地質導向專家,他花費了數年時間來確定上述測量誤差的量級,根據其在2003年所發表的論文(SPE 79917)可知,在垂向總井深的測量上可能存在高達±25英尺的測量誤差。

鉆進過程中,每當彎頭馬達從滑動模式切換成轉動模式時,都可能會產生一個微小的誤差。盡管旋轉導向工具出錯的概率較低,但仍然無法完全避免。在最近的SPE年度技術大會暨展覽會的小組討論上,Stockhausen說,將靜態測量方法和一系列連續定位方法協同使用,可獲得更加精準的定位,但仍需推導出一個能夠同時滿足上述兩種方法的公式。

Stockhausen對于測量誤差的研究付出了巨大的努力。不夸張的說,海上油田的水驅井,垂向總井深存在1英尺的誤差,最終采油量可能會相差10萬桶。

在SPE年度技術大會暨展覽會(ATCE)上,他介紹了最新的研究進展,對“配備兩個伽瑪射線的測井工具的測量誤差很?。⊿PE175048)”這一說法進行了證實,而且,借助地質導向進行鉆進時,鉆具同巖石之間的接觸面積明顯減少了。

Stockhausen說:“研究工作最重要的一點是:如果對自己的研究對象不重視,那么你將反復遇到相同的問題?!?/span>

新型工具:由于改進的測量工具能夠顯示出更加細微的井身特征,因此為測量出井身缺陷的物理影響,我們還需要做大量的工作。石油圈原創www.h29736.cn

先前早就有表征井身質量的方法,如鉆進難度系數和井身質量記分卡。但這些方法都無法滿足Samuel的要求,因為Samuel的目的是尋求更加系統化的鉆井公式,正如在他的書“501 Solved Problems for Drilling”中所述。

Samuel說:現有的測量方法與醫學測定類似,它的不足點是它通過對癥狀進行分級以評估病人心臟病發作的危險程度,但并未對病人的病況提供直接的判斷依據。這種主觀的判定方法會使醫生在決定應該對病人采取何種程度的治療方法時陷入“拍腦袋”的狀況。

Samuel推導出了一個數學公式,主要用于計算彎曲井眼中克服摩擦力所需的能量,哈里伯頓公司稱之為井身能量剖面。井眼測量時每90英尺采集一次數據,借助數據可以擬合井眼軌跡并計算出相同形狀的井眼軌跡中移動一根彈性鉆桿所需的最小能量。

該公司正努力將該功能整合到司鉆所使用的控制板中,這樣司鉆就能夠掌握井眼的狗腿角和彎曲程度對套管下入所需扭矩和阻力的影響。

Samuel說:“記分卡的等級或高或低。對井身剖面能量值進行求取既是一個數學問題又是一個物理問題?!痹谝淮尾稍L中,他用顯示器展示了正處于研發階段的成果:鉆柱正在進行水平鉆進時,周圍展現出了各種實時數據,其中包含了在軌跡點處由于狗腿角而產生的附加扭矩和阻力。

哈里伯頓公司通過在底部鉆具組合上安裝應變測量裝置,用于直接測定由于井眼的不規則而導致的應力方向和量級對井眼幾何形狀產生的影響。

哈里伯頓公司同斯倫貝謝公司展開了競爭,斯倫貝謝公司曾發表了量化井眼狗腿所產生的各種效應的論文,并尋求用于改進鉆井工具的方法。石油圈原創www.h29736.cn

Gyrodata工具基于陀螺儀原理,能夠精確的用于井眼測量,改進后已經實現對井眼進行逐尺測量,該工具還被用于建立3D模型,進而計算井眼狗腿所產生的物理影響。

GyroData的銷售總監Steve Mullin說:“今年年初的一篇論文(SPE 173103)對這種方法進行了概述,并激發了完井和采油工程師們在工具現場應用方面的靈感?!?/span>

新的測量數據勢必引發新的討論。Samuel指出:通常情況下,剛性套管壁內部一般觀察不到細小的井眼軌跡變化。Mullin回應,用戶將獲得在每90或100英尺的標準測量中都無法測得的詳細測量值。

Mullin說:“每100英尺測量一次的測量結果往往顯示出十分平滑的井眼軌跡,通常情況下并非如此,我們的測量結果能夠呈現出測量點間的所有彎曲?!?/span>

譯者/辜富洋 ?編輯/魏亞蒙

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檸檬
石油圈認證作者
畢業于中國石油大學(華東),油氣井工程碩士,長期聚焦國內外石油行業前沿技術裝備信息,具有數十萬字技術文獻翻譯經驗。如需獲取更多技術資料,請聯系我們。
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