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深水作業安全衛士 DKD深水井涌檢測系統

深水作業安全衛士 DKD深水井涌檢測系統

當前,越來越多的鉆井作業者向深水進軍,對深水井涌檢測技術帶來了越來越多的挑戰,本文介紹了浮式鉆井平臺井涌早期檢測系統的相關經驗、挑戰和方法。

自動化數字技術的發展,已經讓現代移動式海洋鉆井設備成為了工程奇跡和效率的典范。然而,盡管平臺配備了多種先進設備,但對于鉆井平臺來說最為基礎的還是井涌檢測系統,在作業船隨水流波動的條件下,井涌控制會變得更難控制。

控壓鉆井(MPD)技術已經普遍應用于非常規或其他復雜油氣田的開發,因此,對于有效井涌檢測系統的需求也自然已經在某種程度上成為MPD系統的剛性需求。MPD技術基于鉆井最基本的原則:等效循環密度與地層壓力相平衡使得溢流最小化以及穩定井壁。

MPD系統的目標是在壓力接近鉆遇地層平衡壓力的條件下鉆出一口井。盡管MPD系統的配置可能會有不同,但所有MPD系統的最基本反饋機制都是回流速率,并且,當井底壓力(BHP)低于地層壓力時,地層流體才會溢出。

使用環形密封件的密封系統有很多好處。密封系統可以提供一個固定的、可計算的井下體積容量,它是一個與套管和鉆頭直徑、鉆桿所占體積有關的函數。由于井筒內的流體大多是不可壓縮流體,因此節流閥上游壓力和回流管流速對于判定井涌的大小和嚴重程度非常有價值。密封的井筒也使得儀表可以更準確的測量多相流動的流動參數。

通常,井筒和流體特性參數需要通過分析動態趨勢和實際取樣得到,而閉環系統則可以實現更高級的自動化操作、實時自動分析,在此基礎上為工程師快速決策提供可用數據。這些方法可以有效的降低觸發警報的時間。

深水地層往往是世界上最高產的地層之一,它們經常會表現出較高的油氣生產能力,但從鉆井的角度來說,風險很大。因此,比較麻煩的是,深水鉆井往往需要面對深水井涌檢測的特殊挑戰,這也是淺海固定鉆井平臺不存在的。

幸運的是,由現有的許多組件建立起來的一個更為先進、有效的井涌檢測系統已經在行業內開始使用。

深水井涌檢測系統簡介石油圈原創www.h29736.cn

除了為常規PVT(壓力、體積、溫度)系統添加智能儀表外,深水井涌檢測(DKD)系統還需考慮船體移動、井筒影響、流變性變化以及鉆井參數的變化,且必須將信息直接反饋給MPD系統。為了完成這一目標,DKD應當完善現有鉆井數據測量系統,提高自動化水平,加強流體測量的準確性。

但需要注意的是,僅僅提高設備的精確度并不能提供完整的DKD解決方案。與設備精確度相比,檢測工藝與精度和準確度相比同樣重要。Macondo井噴事件的一個主要原因,就是同時多線操作干擾了工人對溢流的判斷。

隔水管的出現為海洋鉆井操作帶來了獨特的機遇,也提出了獨特的挑戰。一方面,隔水管尺寸大、質量重,通常也不抗高壓。另一方面,隔水管的存在可使設備在隔水管環空中運行,這是傳統套管無法提供的操作方式。

此外,壓力傳感器的類型和放置方式非常重要,在長距離和大壓力變化的情況下,兩個獨立傳感器間讀取的數據可以作為彼此的參照數據。然而,若距離較短、壓力變化較小,由于精確度原因,讀數反而不可信,而隔膜式壓力傳感器可能更適于在短距離內使用。

談到浮式鉆井平臺的特性,就必須要考慮到波動的影響,因此,準確測量流動的狀態和壓力顯得尤為重要。由于伸縮接頭的使用,隔水管體積受波動的影響非常明顯。如果高壓分流器或旋轉控制設備安裝在伸縮接頭上部,通過使用激光測距儀或類似設備,就可直接測量隔水管得升沉。

根據已知的接頭尺寸和位移,將已知的隔水管排水量用伸縮接頭校正系數來校正,這樣根據已知的接頭尺寸和排水量,就可以通過波動數據函數實時計算隔水管體積。因此,根據已知的隔水管升沉位移和體積校正參數,DKD系統就可以預測出井下不穩定狀態,在異常情況發生時發出警報。

隨著帶泵隔水管系統和無隔水管系統應用的越來越廣泛,另一種在不安裝伸縮接頭的情況下就可以測量隔水管升沉的方法一定會實現。其中,全球定位技術就是一種解決方案,安裝加速度檢波器也是一種辦法。但在現場試驗中,加速度檢波器不如激光測距儀性能可靠。若回流經過的是軟管而不是隔水管,那么,使用軟管就可能會造成的數據傳輸的延遲。

鉆井參數,比如鉆桿轉速、機械鉆速和鉆壓都會影響到BHP,那么DKD就必須包含穩定的控制系統和數據處理系統。

自動DKD系統可以為鉆井人員預警小型可控風險、防止其演變為大型復雜危險問題,降低了鉆井操作的風險、起到了很好的井涌檢測作用。若使用常規方法檢測井涌,在發現問題之前井內可能就已經涌入了大量地層流體。在深水環境下井涌涌入50到100桶流體才檢測出來的情況并不少見,而減少井涌補救工作量的最好辦法,就是提高井涌檢測的靈敏度。

DKD系統總結石油圈原創www.h29736.cn

DKD系統需要一個整體解決方案以應對深水鉆井帶來的挑戰。除了傳統的體積流量計量外,也需要考慮質量流量計量方法,以及建立處理流動和井筒效應的模型等。通過該檢測系統可以更早的發現井涌,就更能減少解決問題的工作量。目前,人們也意識到減少井涌體積可以明顯降低井涌檢測時間。如果氣侵這一井涌根本問題可以進行有效緩解,那么最終對高性能的壓力控制設備的需求也會相應降低。

來自/JPT ?譯者/滕云天 王亞釩 ?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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