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采用CT重入鉆井工具解決開窗盲區問題

采用CT重入鉆井工具解決開窗盲區問題

傳統的開窗鉆具組合,出窗后存在很長一段盲區,嚴重時會造成脫靶。而采用連續油管加新式陀螺的鉆具組合,徹底解決了盲區問題,將為套管開窗帶來新的生機。

來自 | E&P
編譯 | 白小明

雖然近年來鉆井行業的焦點集中在新的非常規油氣井和深水井,但全球近70%的油氣仍然來自產量正在衰減的老油田。近期的一個案例表明,從現有的油藏采出更多的油氣,遠比運作一個高成本、高風險的新項目更具優勢。實際上,在成熟的油田作業通常涉及各種提高采收率(EOR)技術,以及重新進入現有井眼,然后開窗鉆水平分支井。目前已有的方法是使用連續油管(CT)在欠平衡條件下鉆井,不過這種方法目前可能沒有被普遍采用。

產量遞減井的挑戰

在產能受限同時采收率又較低的油藏進行作業時,作業效率是最基本的要求。一般而言,這種作業的投資回收期較長,特別是在當前油價較低又充滿不確定性的大環境下,幾年之內肯定是不現實的。

在定向作業中,必須按正確的軌跡方向鉆進;如果鉆錯方向,即使誤差很小,也將降低作業效率。而這種問題很容易發生,因為鋼制的套管會對CT底部鉆具組合(BHA)的磁傳感器產生扭曲效應,使BHA在鉆出窗口后形成一個盲區,這種效應的影響范圍最大可垂向延長至套管上下6m。

雖然這是一個存在于所有套管開窗作業中的普遍性問題,而對于CT鉆井作業來說情況更糟糕。通常窗口和目標地層之間的垂直距離非常有限,因此需要很高的造斜率,容不得出現稍大點的誤差。

盲區

大多數MWD工具使用磁傳感器來幫助司鉆將BHA調整至所需的方位,這種方法對于裸眼井來說完全適用;但如果在鋼質套管內或者套管附近,情況則有所不同,鋼材的磁性會干擾地球磁場,造成方位讀數出現較大的不可預知錯誤,這就意味著司鉆實際上是在盲鉆(即在不知道井下軌跡信息的情況下進行定向鉆進)。

為了準確進行套管開窗,需要兩個測量數據:工具面角和方位。在直井中,這兩個測量數據都來自磁傳感器,因此均不可靠。如果井斜足夠大(通常超過5°),且井眼軌跡數據已經確定,則可以僅使用定向傳感器中的測斜儀來造斜。然而,正如鉛垂線只能指示向下的方向,而無法指示其他方向一樣,當井斜趨于0°時,MWD導向工具也無法給出工具面角;井斜低于5°時,工具面角的誤差急劇增加(圖1)。而問題在于,絕大多數的CT重入鉆井均是從直井開始的。

采用CT重入鉆井工具解決開窗盲區問題

在坐封斜向器以及出窗口后初始造斜過程中,在較小的井斜下使用重力工具面會帶來不確定性。而只有當磁傳感器出窗口遠離套管后,才能獲得精確的方位角讀數。因為這些傳感器離鉆頭還有幾英尺,而且分支井眼離開主井筒后,開始的井斜很小,因此最多要鉆46m后才可能獲得準確的方位測量數據,而這個時候如果軌跡出現問題需要調整以中靶的話就為時已晚了(圖2)。在最壞的情況下,可能需要將鉆頭起回到剛剛開出的窗口內。

采用CT重入鉆井工具解決開窗盲區問題

近期案例研究

在一口近乎垂直的井(小于2°)中,斜向器坐封和初始造斜率的不確定性,使初始側鉆的方位與設計方位差了50°,從而引起了兩個問題。雖然最終井眼方位回到了正軌,但油藏的實際中靶位置與設計偏離了30m。此外,盡管方位最終回到了設計方位上,BHA卻無法完成造斜,因此井斜先是低于靶點,然后再不得不上挑。雖然在本案例中,中靶的井斜并不重要,但如果是一口需要避開水層的井,出現這種情況可能會毀了一口井。

新陀螺儀

幸運的是,新的隨鉆陀螺(GWD)技術不僅有助于在直井或近乎垂直的井準確定位斜向器,而且能夠提供出窗后BHA的準確位置信息。隨鉆陀螺避免了磁干擾問題,因為它不受鋼鐵環境的影響。這意味著,出套管后的初始鉆進不會出現盲鉆的情況,而且定向工程師也不必等待幾個小時,才能確定準確的井眼軌跡。

這種工具尤其是為CT鉆井應用而開發的,正是基于該技術完成了世界上第一口GWD空氣鉆井。GWD陀螺必須足夠結實,以承受正常作業工況下的沖擊和振動。在使用CT進行欠平衡鉆井時,假設工具尺寸較小,且使用充氣鉆井液,則沖擊和振動將比常規鉆井高一個數量級,達到和超過250G的水平。

新的GWD服務有何不同

傳統意義上的鉆井陀螺基于旋轉質量機械技術,這些復雜的機械儀器經過加固,能夠承受鉆井BHA遇到的各種惡劣的井下工況。新的陀螺采用了不同的技術,基于本身就非常強大的固態微型機電設備,這些設備最初設計用于軍事方面,安裝在迫擊炮彈的尖部用于導航。

作為一個電纜工具,陀螺可以隨時接收命令進行測量。因為所有的命令和數據都通過電纜傳輸,因此不需要開泵循環來進行測量,也無需在獲得測量數據后開泵將數據傳輸到地面。所有的電力都通過電纜傳輸,因此無需井下渦輪和電池組。

陀螺可提供一個絕對方位角測量數據或陀螺工具面角數據,無需在作業前進行校準(雖然通常測幾個驗證數據比較明智),測量數據質量不會隨著時間的推移而降低。

這種新的陀螺技術降低了誤差的風險,從而降低了整體成本,這將使該技術可以推廣應用到更多的候選井和油田。

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