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卡鉆風險和損失降至最低 這到底是什么智能工具?

卡鉆風險和損失降至最低 這到底是什么智能工具?

卡鉆是鉆井過程中經常發生的事故,如何將卡鉆風險和損失降至最低一直是困擾鉆井作業者的難題。《國內外智能鉆完井技術調研報告》中介紹了一種智能工具,可輕松解決這一難題,這究竟是什么神秘工具呢?

來自 | IDT
編譯 | 魏亞蒙

卡鉆可謂是鉆機的噩夢,困擾著大多數的鉆井活動。在鉆具受卡嚴重的情況下,還需要丟掉BHA工具、廢棄井眼,這也是作業者最不期望發生的、代價最高的鉆井事故??梢哉f,它與諸如井控事故、井漏、鉆機設備故障等事件的嚴重性不相上下,平均每年約耗費幾十億美元的鉆井費用。

在過去30年中,鉆井作業量大幅度增加,隨之而來的卡鉆問題也變得越來越普遍。大多數卡鉆事故發生的根本原因是井眼清潔度差,它也是全世界一半以上鉆井事故的根本原因。

2008年,Gordon Hunter(一位經驗豐富的鉆井經理,曾在Shell、BP、Total等一些油公司擔任技術顧問)決定為這一長期普遍性問題尋求解決方案,他與著名工程公司Cutting&Wear合作,共同成立了一家公司:智能鉆井工具(Intelligent drilling tools,IDT)。專門研發智能井下工具,解決井眼清潔和卡鉆的難題,其中,iDisc智能循環和丟手工具便是IDT公司最經典的代表作。

iDisc智能循環和丟手工具不僅能提供井眼清洗管理方案,還能在沒有繁瑣、費時的地面干預的幫助下,解決卡鉆問題。如果鉆柱始終具備這些能力,就可以通過高效的井眼清潔和減少對傳統鉆井支持手段的依賴(電纜/炸藥/化學藥劑)來節約鉆井成本,可同時為直井、大斜度井和水平井提供及時且可控的卡鉆解決方案。

iDisc是如何工作的?

卡鉆風險和損失降至最低 這到底是什么智能工具?

iDisc工具有獨特的斷開機制,它通過機械震動儀、壓力傳感器和近位傳感器等感知井下環境,判斷工具是否遇卡。如果井下傳感器發出異常信號,iDisc會做出判斷,認為鉆具卡住,進入“聆聽”模式,同時,繼續尋找信號。如果信號恢復正常,則iDisc也回復正常工作模式,否則,15分鐘以后,iDisc進入“倒計時”模式,持續讀取信號2h(可根據不同需求進行設定)之后,進入“斷開”模式,等待接收最終確認以進行丟手操作。

iDisc工具的特點

1.循環閥安裝的位置具有多樣性;
2.無需通過投球作業進行地面干預;
3.傳動軸和分段式夾緊裝置進行科學設計、性能穩定;
4.具備聯鎖的機械、電子和軟件安全系統以控制丟手;
5.具有雙重觸發機制,100%冗余機制(有備用觸發機制);
6.具有傳感器冗余的模塊電子組件;
7.可對觸發機制和電子元件進行系統檢查;
8.工具可靠耐用;
9.為全井眼工具;
10.自載智能判斷系統,無需地面激發;
11.耗電低,電池壽命長;
12.維保簡單方便;
13.地面操縱器可提供工具的狀態信息,在丟手過程中指導司鉆操作。

iDisc工具優勢

1.循環短節在鉆進過程中提高了井眼清洗能力,完鉆后可快速洗井,還能在不通過井底鉆具組合(BHA)的情況下大量排出堵漏材料(LCM);
2.可以在多個位置打開循環閥,進行井眼清潔,無需投球作業;
3.在所有井中,不論鉆井設計如何,都可以進行控制式的丟手作業;
4.操作人員可以根據現場實際情況來選擇丟手時機;
5.無需配備專門的操作人員,井隊員工就可以自行進行丟手作業;
6.無地面設備;
7.在全過程的任何時候都可以中止丟手指令;
8.如果后期需要進行打撈,丟手工具會留下特殊的用于打撈的剖面;
9.管柱上可以接入帶有不同程序的iDisc工具,可在不同位置進行選擇性丟手;
10.可將卡鉆風險和損失降至最低,增加了鉆井設計方案的可行性。

為什么要使用iDisc工具?

1.連同BHA一起下入iDisc工具有助于控制有可能會出現的卡鉆現象,及時進行井眼清洗和解卡作業。iDisc工具可以連接在BHA和/或者加重鉆桿(HWDP)上下入井內,通過設置不同的參數來明確iDisc工具的特性。它們具有自載智能功能,能對BHA卡鉆進行識別。只需按照流程操作,向需要觸發的iDisc工具發送最終信號即可。

2.大斜度井和水平井在沒有爬行器牽引的情況下是不能使用電纜作業的。通過下入iDisc工具,作業者可以在任何深度、任何角度進行丟手作業。

3.節約成本。下入iDisc工具后,就不必再花時間等待電纜作業人員或者受到后勤服務的限制,丟手的決定權隨時掌握現場操作人員手中。且iDisc的打撈剖面非常干凈,以便下入沉重的帶震擊器的BHA進行打撈作業。

4.安全。下入iDisc工具后,作業者不必再進行有風險的操作,比如通過向下活動鉆具倒扣來幫助爆炸松扣起出鉆具等,也避免了危險物品(如化學切割彈等)的運輸。

提問&回答

Q:是否適用于所有的井型?
A:是的,垂直井、斜井、水平井、大位移延伸井(ERD)和高溫高壓井(HTHP),都沒問題。

Q:工作原理是什么呢?
A:傳感器不斷向自載處理器發送信號,處理器通過邏輯序列判定工具是否被卡。但是工具在進入丟手模式/斷開模式之前還需要滿足幾個條件。之后操作人員就可以向工具發送丟手的確認指令。
隨后工具開始進行丟手倒計時,在這個過程中,操作手隨時可以中止丟手指令。倒計時長度可以由操作手自行設定。一旦倒計時完成,工具會等待最終的丟手指令。當它接收到信號后,便可觸發啟動機制。

Q:如何確定工具不會提前丟手?
A:iDisc有幾重安全保障以避免無意的丟手操作。
首先,iDisc工具備有設計簡單的機械安全聯鎖,在操作夾緊裝置(進行丟手)并給電機供電之前必須解開這個聯鎖。只有在自載傳感器和系統認定工具已被卡之后才能進行供電。另外,iDisc具有“失效保護”安全模式,如果它檢測到任何傳感器有異常,它都不會進入丟手模式,且所有的傳感器和電子元件都有備用件。
此外,在工具進入丟手模式之前還必須符合一個邏輯序列,邏輯序列將所有的工況都考慮在內,包括起下鉆、鉆進、循環和一些靜止的工況,比如在進入套管鞋后滑割大繩等等。最終的丟手指令是通過操作者手動下達的,如果工具不處于丟手模式,它不會進行物理上的丟手操作。

Q:如何判斷工具是否正常工作?
A:在工具入井之前可以很容易的通過Healthcheck判斷工具是否正常。

Q:工具是否耐用?
A:iDisc工具可以將扭矩和張力/壓力分離,跟鉆桿的鉆具接頭一樣耐用。

Q:工具是否可靠?
A:所有的電子元件都滿足標準,接受了高溫測試,能滿足苛刻的井下條件。所有iDisc工具都接受了行業標準化的沖擊和振動測試。

Q:是否需要一名專門的地面操作人員?
A:不需要,一般來講,定向井工程師或者油公司鉆井監督就可以參考完整的操作指南進行操作。另外,還可選擇使用地面操縱器,它可以根據井下工具的特殊情況進行編程,在丟手過程中指導操作人員進行操作。

Q:iDisc工具有哪些尺寸呢?
A:這個工具現有標準8″和6″兩種尺寸。

本文節選自《國內外智能鉆完井技術調研報告》,該報告囊括了國內外在智能鉆完井領域的重要研究成果以及最新裝備信息,內容近7萬字,由中海油多位技術專家審核,且受到了石油企業和高校的一致認可。如果您對此報告感興趣或者想要了解更多同類技術,請聯系我們或者在下方留言。

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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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