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斯倫貝謝MaxPull電纜輸送系統強力取代鉆桿傳輸

MaxPull大拉力電纜輸送系統

當前,油氣井的井身結構正變得越來越復雜,井也越來越深,這些都對井下工具的傳輸造成了極大的挑戰。早前,大斜度超深井無法使用普通的電纜傳輸工具,而采用本文介紹的一體式電纜傳輸系統卻大獲成功。

來自 | World Oil
編譯 | 白小明

今年年初,對墨西哥灣一口井進行了地層測井和取樣作業的張力模擬,該井是一口井眼形狀高度不規則的井,模擬結果表明極端情況下測井電纜的張力極有可能達到20,900lbf(93.0kN)。常規的高強度電纜在最大拉力為21,000lbf(93.4kN)時,僅可進行三個拉力循環。但工具串被卡需要增加拉力循環來解卡,而且如果瞬時拉力超過電纜的安全工作負載就不得不進行高額的打撈作業,還有可能丟失儲層的關鍵信息。

在墨西哥灣深水區,即使打撈作業取得成功,通常也需要4天左右的時間。對電纜相關的事故而言,打撈仍然是增加停工時間的主要因素。全球的油氣公司每年要花費10,000多小時的時間來打撈電纜工具。

因此,作業公司在深水區作業時,一般會采用鉆桿來傳輸測井和取樣工具串。然而,在井眼軌跡復雜的深井,鉆桿傳輸本身就是一項耗時且昂貴的工序。通常,鉆桿傳輸時間比電纜多3~4倍。

幸運的是,斯倫貝謝剛剛推出了業界抗拉強度最大的電纜傳輸系統——MaxPull大拉力電纜輸送系統。MaxPull系統將新型聚合物封裝、扭矩平衡復合電纜與海上絞車單元、滾筒和絞盤集成在一起,即使拉力達到30,000lbf(133.4kN),該系統也能夠承受多次拉力循環。這比常規的最大拉力系統性能提高了近50%。

使用先進的傳輸設計軟件,工程師可以選擇額外的模塊化組件來降低操作風險,提高安全性和效率。這些組件包括WellSKATE低摩擦入井附件(在各種井眼條件下確保將工具送入預定位置),以及一個電子控制的丟手裝置SureLOC。這兩個組件均在電纜最脆弱的位置和整個工具串最重要的位置進行操作。

全新電纜傳輸方案應用效果

在完成一次取樣過程中,下入一個動態地層測試器時,電纜被卡。起初,嘗試采用26,000lbf(115.7kN)的力未能解卡,需要29,300lbf(130.3kN)以上的拉力才能將被卡的電纜和工具串起出。因此作業人員采用了大拉力電纜,這樣不僅避免了關鍵的流體和地層壓力數據(主要用于描述油藏特征)的丟失,而且避免了可能耗時4天的打撈作業(打撈費用可能高達305萬美元)。

2012年,首次對業內唯一的全集成式(一體式)電纜傳輸解決方案進行了較大的升級,30,000lbf(133.4kN)的大拉力電纜系統算是第二次重大升級。如今,全球范圍共有50多套設備在運行,主要在深水環境中作業,設備的安全工作負載有三種,即18,000lbf(80.1kN)、26,000lbf(115.7kN)和30,000lbf(133.4kN)。

MaxPull系統可以成功取代鉆桿傳輸系統,將更長、更復雜的工具下入到更深的油氣井中,減少了電纜下入的總趟數,并且避免了昂貴的打撈作業,節約了3000多萬美元的作業費用。增加全能裸眼爬行器和其他井下附件后,大拉力電纜傳輸系統可以更快地將工具送入任何形狀的井眼,且不受井斜和井眼復雜程度的影響,最大入井深度可達40,000ft(12192m)。

大拉力系統的演化

在21世紀的第一個10年,高強度抗拉電纜測井工具串在墨西哥灣深水井的使用量增加了一倍多,但是這類工具的最大額定工作載荷在15,000lbf(66.7kN)以上。隨著對測井電纜張力的要求升高,電纜破損、卡工具、打撈等作業的發生頻率越來越高,相關費用也急劇增加。對電纜張力要求的增加,主要是由于作業電纜比之前更長、更重,作業工具串尺寸也更大、更重,而且要求在減少下入次數的情況下,工具串攜帶更多的傳感器以獲得高質量的儲層數據。

隨著井深的不斷增大,為了提高電纜測井的效率,設備供應商引入了更高強度的電纜,更高容量的海上絞車裝置、強化的滾筒和絞盤張力釋放裝置。通常,上述這些部件連同其他部件都由不同的供應商制造,購買以后由用戶組裝在一起使用。因此,一般難以確定單個具體設備的實際抗拉能力。很快,電纜故障早發的問題開始頻繁出現,主要破壞形式是扭矩過大造成的電纜破損、電纜主線損壞或者冷變形,有時是設備匹配出現錯誤。

為了防止電纜出現問題,在測井作業期間,作業人員必須減少拉力循環次數,并增加更換電纜的頻率。然而,這兩種補救措施,加上首次新電纜的調制時間,共同增加了電纜的總作業時間。

因此,2010年,在墨西哥灣深水作業中,采用了額定載荷為21,000lbf(93.4kN)的電纜。打撈事故率下降到了1%以下。該電纜除了強度更大外,基本的電纜設計保持不變,因此,這種電纜仍然存在傳統電纜的弱點。同時,隨著井深增加,測井張力也隨之升高,打撈作業仍然耗費3~4天的非生產時間。

在對深水電纜故障進行深入評估后,油服公司開始研究、設計和測試全新的電纜結構,該電纜使用的聚合物護甲有效克服了常規電纜的限制。最終形成了TuffLINE扭矩平衡復合電纜,無需調制,維護量也很小。很快,這種電纜成為了全新的一體式大拉力電纜傳輸系統的核心產品。為了確保系統完全集成,電纜和所有其他組件都由公司自己制造。

2012年,在墨西哥灣以外的地區首次采用了最初的18,000lbf(80.1kN)電纜,使用中高強度測井電纜的最低拉力達到了10,000lbf(44.5kN)。

地中海東部地區案例研究

在地中海東部偏遠地區,有一口深水直探井,油氣公司計劃在12-1/4in和8-1/2in井段進行電纜測井作業。模擬預測正常電纜張力小于8,000lbf(35.6kN),該井沒有加深或側鉆的計劃。因此,鉆機沒有配備絞盤高張力釋放系統。

然而,鉆具在12-1/4in井眼靠近完鉆井深(TD)附近被卡,并未到達主目的層。經過復雜的打撈作業后,鉆井公司決定在井斜35°的位置進行側鉆。沿新軌跡進行了電纜張力模擬,結果顯示拉力增加到了8,000lbf(35.6kN)。為了降低風險,12-1/4in井眼的測井作業被分成3趟完成。然而,在第一次下入過程中,電纜遇到了更大的張力。很明顯接下來的8-1/2in井眼測井時的張力肯定將超過10,000lbf(44.5kN)。而當前的電纜不夠堅固,不能承受如此大的負載。

由于井的位置比較偏遠,不可能動員一套絞盤來按計劃進行8-1/2in井眼的測井作業。因此,只有2種常規解決方案可用:將電纜測井下入次數增加到原來的2倍,或者采用鉆桿傳輸,下入5趟,不過這將耗時7天。

油服公司建議采用另一種方法:從英國動員1套全新的18000lbf(80.1kN)復合電纜,該電纜設計能夠處理高達18,000lbf的拉力,無需絞盤,并且鉆機上的絞車單元可以滿足要求。這次作業也表明如果沒有一體化的電纜傳輸方法,會出現設備不配伍的問題。

采用了新電纜后,12-1/4in井眼的測井作業在2天之內完成。盡管由于井眼條件較差,每次入井時工具串都會卡住,但8-1/2in井眼的5次入井作業還是在3天內完成。4次入井的張力都超過了10,000lbf(44.5kN),需要多次將拉力上提至16,000lbf(71.2kN)才能將被卡工具解卡。這次作業不僅使油氣公司避免了昂貴的打撈作業,而且因為未使用鉆桿傳輸,節省了96小時(4整天),價值500萬美元。

其他大拉力組件

顯然,即使是電纜很高級,有效的大拉力電纜傳輸也不是一根電纜就能完成的。對于大斜度井、水平井或井眼軌跡復雜的井,特別是井眼條件較差的井,我們該如何處理?一旦常規的依靠重力下入的方式有問題,鉆井公司通常會采用鉆桿傳輸。然而,采用鉆桿傳輸耗時是電纜傳輸的3~4倍,大大增加了成本以及操作的復雜性和風險。

因此,油服公司開發了一種新的UltraTRAC全能電纜爬行器(一種適用于裸眼井的技術),配備低摩擦滾筒、井眼探測器和其他不斷研發改進中的配件,UltraTRAC可以配合大拉力電纜傳輸系統工作。這些工具可以通過沖蝕井段,下壓或者上提工具的力可達8,000lbf(35.6kN)。爬行器傳輸可以加快電纜在水平井眼中的下入速度,速度堪比在同樣井深直井中采用重力方式下入的速度。如今,配合高強度聚合物封裝、扭矩平衡的電纜一起使用,裸眼爬行器可以有效地替代鉆桿傳輸,使電纜能夠有效進入各種井型的井眼。

西非地區案例研究

幾年前,在西非近海有一口“S”型評價井,井斜為75°,存在巨大的測井難題。作業公司需要下入先進的傳感器而不是基本的LWD工具來全面評估油藏。最初,根據IADC/SPE 170565論文的描述,由于井斜角太大,而且地層非常不穩定,無側限抗壓強度只有600psi,因此,排除了電纜傳輸測井方法。

然而,通過在一體式18,000lbf(80.1kN)電纜傳輸系統中增加新的全能爬行器,在5次測井作業中,作業公司成功獲得了復雜的巖石物理測量數據,下入了地層測試器,獲得了流體樣品,正常作業的張力為10,500lbf(46.7kN),未遇卡。與鉆桿傳輸相比,作業公司有效地節省了72小時,即一半的作業時間。

高度集成的大拉力系統

在過去5年中,大拉力電纜傳輸系統已十分成熟,可完全集成的組件(不用再東拼西湊)包括:聚合物封裝的電纜;配套的大容量、海上測井設備;絞車滾筒;絞盤張力釋放系統;電子電纜釋放裝置;井眼進入附件;全能裸眼爬行器;先進的井眼傳輸設計和優化軟件以及可選的現場數據采集系統。這樣可以管理當今更長、更全面的電纜工具串對功率、遙測技術和數據的需求。

2014年10月,MaxPull 18000系統推出兩年后,斯倫貝謝發布了一套適用于墨西哥灣深水的一體式26000lbf(115.7kN)大拉力系統。在油價下跌的第一年,該系統避免了4次打撈作業(如果不使用該系統打撈作業則不可避免),幫助作業公司節省了12天以上的時間,價值900萬美元。在2015年,墨西哥灣電纜打撈事故率下降到了歷史最低的0.4%。2016年3月,全新的最大強度為30,000 lbf(133.4kN)的電纜傳輸系統實現了商業化,如本文開頭部分所述,在其首次應用中就成功避免了可能耗費300萬美元的打撈作業。

效益和效率

雖然,一體式大拉力電纜傳輸系統最初是為深水井開發的,但如今,對于任何海上或陸地井,無論井眼復雜性、井斜或井況如何,該系統均可以加快將工具串下入到預定位置的速度。世界各地的陸地作業公司,都在尋求更高效、更大拉力的工具。通過替代鉆桿傳輸方式,這些系統可以減少作業時間、下入次數、成本,安全地將更多電纜工具組件輸送到更長或更深的井內。

關于下入工具數量、工具串重量和長度,鉆井工程師和地質工程師經常會有沖突,尤其是獲取復雜井關鍵數據時,這些沖突更加明顯,而大拉力傳輸系統的出現可有效避免這些問題,這也是該系統的另一個優點。

目前在墨西哥灣,與業內最強的常規工具相比,兩套高強度MaxPull系統可將提拉力提高25%~50%。在井下,全能爬行器可以增加2,500lbf(11.1kN)~3,000lbf(13.3kN)的拉力或推力。因此,深水作業時,操作人員甚至能夠以超過26,000 lbf(115.7kN)~30,000 lbf(133.4kN)的拉力上提。在不久的將來,甚至可以在直井和小井斜井中采用裸眼爬行器,以降低風險和成本。

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白礬
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。
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