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【本周專題:鉆井】GeoBalance控壓鉆井服務

【本周專題:鉆井】GeoBalance控壓鉆井服務

在成熟的深水油田進行鉆井作業時,窄壓力窗口現象正越來越普遍,這已成為了一個亟待解決的難題。

來自 | Offshore
編譯 | 白小明

窄壓力窗口的特點是孔隙壓力與破裂壓力之差很小。當使用常規鉆井技術時,井筒壓力的微小變化,可能帶來鉆井作業的巨大成功,也可能造成嚴重的后果。常見的風險包括井壁失穩、周期性壓力變化造成的鉆具脫扣、泥漿漏失、抽吸和激動效應,甚至是井涌。尤其當市場環境不緊氣時,對失誤的嚴苛要求意味著更需要關注風險。

幸運的是,作業者可以采用控壓鉆井(MPD)技術解決窄壓力窗口問題,該技術可以精確控制整個井筒的環空壓力。MPD基本上是一種控制當量循環密度的工具,徹底改變了深水和超深水地區的鉆井作業,如巴西、西非、北海和墨西哥灣地區,這些地區使用MPD技術已經超過了10年。連同早期探測井涌的功能,MPD技術幫助作業公司避免窄壓力窗口造成的問題。

近日,哈里伯頓在墨西哥灣Mahogany油田為W&T Offshore公司的深水項目提供MPD服務,是使用MPD技術的最新案例,作業水深為113米。作業公司遇到了窄壓力窗口難題,由于上部油藏壓力枯竭,壓力窗口僅為0.12g/cm3。為了安全、高效地鉆穿幾個地層,且主要是為了避免井壁失穩風險、泥漿漏失和鉆井難題,作業公司決定采用MPD技術。

解決方案為采用哈里伯頓最新的GeoBalance控壓鉆井服務,整個解決方案包括GB Setpoint液壓控制系統,它可以提供沿井筒多個點精確的實時數據和流體性能數據,利于精確控制井底壓力。該系統在頂替階段和整個鉆井階段實現了自動化控制和帶壓循環。

GB Setpoint控制系統由DFG鉆井液圖形化軟件提供技術支持,后者提供一種水力模型,可以實時跟蹤流體的密度和流變性能,確??焖儆嬎愠鼍S持所需井底流體密度的地面壓力。

在這一操作過程中,流體密度通常設計略高于地層孔隙壓力,控制系統保證井底壓力恒定,以便安全高效地完成井段的鉆井,不會出現漏失和井涌問題。該方案要求在循環和停泵期間,控制點的井底壓力保持恒定,這種方案有利于避免由井壁失穩和泥漿漏失相關的非生產時間。

實踐證明MPD解決方案是成功的。作業團隊實現了4段共計2186米鹽下地層的安全鉆進,鉆達總測深5942米。該項目實施過程中避免了重大的風險,MPD技術幫助作業公司不僅實現了既定目標,同時因為鉆達了一個新油層而實現了資產價值的最大化。

【本周專題:鉆井】GeoBalance控壓鉆井服務

圖1.MPD系統的關鍵部件:旋轉控制設備和節流管匯之間的高壓Coriolis流量計

在起下鉆期間,保持對操作壓力窗口的控制,對控制泥漿漏失和井涌非常重要。水力模型能夠實時改變當量泥漿密度,也可以逐步泵入和擠入壓井液,從而減少起鉆期間需要灌注的泥漿量。這些提效措施降低了鉆井時間和泥漿量,從而幫助作業公司降低了成本。

根據設計,該井在該油田有史以來最佳的構造位置鉆達了“P”和“Q”砂巖產層,未來在該區域將進行頂部儲層的油氣采收,水驅效率和油氣采收率均較高。雖然在鉆枯竭的“P”砂層時遇到了漏失,但很快被緩解,避免了進一步演變成高成本的事故。漏失的快速緩解,得益于作業公司對該油田非常熟悉,以及哈里伯頓團隊在問題早期探測方面的經驗,這也證明了雙方密切合作的價值。

“Q”和“T”砂層鉆井及下套管固井后,根據勘探需要在主井筒以下加深了約290米,最終額外發現了“U”砂巖產層,延長了之前未鉆穿過的儲層的垂直厚度。最終,MPD作業實現了作業公司主要產層的所有目標,共發現了5個油藏總計45米的產層。

展望未來,此次作業的成功將帶來更多的鉆井機會,包括“T”砂層的外延,在西部“P”和“Q”頂部區域鉆一口開發井,以及鉆更深的井以開發新的“U”砂層。

除了GeoBalance服務解決方案,對確保此次作業成功同樣重要的因素還有詳盡的規劃,可靠的服務設計和細致的文檔材料。

如果不采用哈里伯頓的MPD系統,鉆井作業將變得極其困難和充滿風險,且成本將非常高。

作業公司指出,由于正確地應用了相關技術,并采用了合理的專業知識,此次作業結果超出了預期,幫助作業公司明確了Mahogany油田豐富的資源潛力。W&T Offshore公司的COO Tom Murphy指出,“A-18井的巨大成功,超出了我們鉆前的預期,表明Mahogany油田“T”砂層具有巨大的潛在資源潛力。

本次作業實現了主目標產層的所有目標,共發現了5個油藏總計45米的產層。根據設計,該井在該油田有史以來最佳的構造位置鉆達了“P”和“Q”砂巖產層。未來在該區域將實施頂部儲層的油氣采收項目,水驅特點和油氣采收率均較高。

Murphy繼續說道,“通過加深鉆井,我們確認了當前‘T’砂巖產層以下的圈閉存在油氣顯示,這進一步擴展了之前未鉆穿過油藏的垂直厚度。該井的成功,預示著作業者有望在未來部署一批高質量油氣井,包括根據最近這次鉆井的數據進行‘T’主砂層的外延,在西部“P”和“Q”頂部區域鉆一口開發井,以及鉆更深的井以開發新的“U”砂層?!?/span>

W&T Offshore公司的總裁兼CEO Tracy Krohn表示,“A-18井幫助公司獲取了該重要油藏的第一手巖心數據,該儲層巖石的滲透率預計超過1達西,確認了該油藏良好的流動性潛力?!?/span>

為了更好地實現MPD技術的自動化和控制性,哈里伯頓正在將BaraLogix應用流體優化服務的密度和流變性單元(DRU)與GeoBalance服務解決方案相結合。DRU本身是一套完全自動化的、緊湊的橇裝設備,可實時測量密度和流變性能。為了維持一口井的密度窗口,模擬MPD作業工況包括使用數學公式計算地面壓力:

井筒壓力–(靜液壓力+摩擦力+地面壓力損失+激動/抽吸壓力)=地面壓力

靜液壓力必須對井下流體進行熱效應修正,這一點對于深水和高壓/高溫作業至關重要,因為實際的井底密度會因為流體傳熱而變化很大。

要創建一個準確的模型,需要精確地測量泥漿溫度、密度和流變性能,這些數據對于準確計算、建模和做出決策非常重要,尤其當作業時間非常寶貴時。

反向思考:在繪圖后的某一時刻,如果測得泥漿樣品溫度變低,則可能導致計算流體靜液壓力時溫度修正錯誤。此外,經常需要處理泥漿體系,稀釋或加重,這將大幅改變整體的泥漿性能,最終影響井底壓力。在MPD作業中,100psi非預期的壓力變化可能導致大家不愿意看到的井涌或漏失。

因此,時間才是關鍵因素。自動流體性能實時測試,可以帶來更精確和可靠的鉆井液性能數據,從而可以實現快速建模和做出決策。BaraLogix服務利于準確采集數據,連同GeoBalance服務一起,有望大幅改善MPD作業。

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