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BlackBox HD測井工具讓鉆井作業更完美

BlackBox HD測井工具讓鉆井作業更完美

NOV推出BlackBox HD測井工具,記錄時長達150小時,可顯著提升鉆井作業效率。

編譯 | 驚蟄 影子

過去十年中,油氣行業人為了更好地將數據整合到鉆井作業中付出了巨大努力。雖然各類技術顯著改進,出現了大量用于收集井下數據(以便后續分析)的工具,但截至目前,大多數工具并不能直接從鉆頭中捕獲數據。相反,它們被放置在底部鉆具組合(BHA)中單獨的短接,位置也各不相同,效率較低。

NOV的BlackBox HD工具是一種記憶模式測井工具,能夠幫助操作人員解決常見的井下鉆井功能障礙(例如粘滑和旋轉)。根據BlackBox HD的記憶數據,可以在后續的鉆井作業中做出更好的決策,提高整體鉆井效率并降低油井成本。該工具沒有非磁性環境要求,具有獨立電源,不會干擾鉆柱中的其他電子設備(圖1)。

BlackBox HD測井工具讓鉆井作業更完美

圖1. BlackBox HD內置于鉆頭中

BlackBox HD的記錄時長長達150小時,并以800 Hz的頻率捕獲高頻突發數據。這些數據是NOV鉆井優化服務的核心,鉆井平臺和NOV工程技術中心的專家通過分析數據,突出顯示可以改變參數或設計的區域,達到提高鉆井性能、克服鉆井障礙的目的。

應用案例

在肯尼亞的一次鉆井作業中,一家開發商鉆遇堅硬的火山玄武巖,難度極大。NOV的FluidHammer鉆井工具提供了一種新方法,可以在通過火山玄武巖層時保持高ROP。開發商要求更高的ROP,同時要避免產生過度的破壞性振動,防止損壞PDC鉆頭。所以,此次作業的主要目標是使用FluidHammer,一次下鉆,穩定地鉆穿火山玄武巖層,形成一個具有一定弧度、光滑的井筒。但是,該地區此前的作業主要以牙輪鉆頭為主,作業人員需要驗證此次作業是否可以用PDC鉆頭,并且確認FluidHammer工具是否會造成過多的有害振動。

來自BlackBox HD的數據顯示,FluidHammer工具將軸向震動保持在安全水平,可以維持PDC鉆頭的完整性,并且在FluidHammer接入BHA后,軸向和橫向振動都顯著變弱。 在此次作業中,平均ROP為18米/小時的底部ROP,通過火山玄武巖層的ROP高達16.6米/小時,鉆井工具有效地與火山巖層接合而沒有粘滑。鉆井作業非常順利,過程看似沉悶,結果卻非常積極,高ROP縮短了近兩天的作業時間(圖2)。

BlackBox HD測井工具讓鉆井作業更完美

圖2.鉆井動態分析顯示FluidHammer工具鉆進非常高效、穩定

在另一次作業中,一家開發商在剛果近海區域要完成8-1/2 in長水平井鉆進,但是作業中振動非常嚴重,無法準確控制鉆進方向,有可能降低井筒的生產潛能。在使用BlackBox HD工具并執行相關的優化分析服務后,NOV確定了鉆井障礙的根本原因為工具發生了嚴重的粘滑問題。

在滑移階段,功能障礙轉化為明顯的橫向振動,就可以通過加速度計記錄到較慢的速度。這是因為偏離中心的加速度計難以分清徑向與橫向振動(由于滑動階段劇烈的角加速度),導致人員做出降低RPM并增加鉆頭受重(WOB)。 雖然這是為了消除橫向振動,但實際的誤差會加劇粘/滑,如果操作員有正確的數據,他們就會做出正確的決定,即增加RPM并減少WOB。使用BlackBox HD后,數據量化了粘/滑的嚴重程度,確認了橫向振動的缺乏。 數據證明旋轉導向系統(RSS)不可能在具有如此高扭轉振動期間保持工具面控制。

在運行NOV的增強測量工具之后(增加了高速ROP下WOB和位扭矩測量),作業人員發現井下BHA產生的扭矩可以忽略不計;相反,大部分扭矩和阻力來自重型鉆桿,這導致了粘/滑。因為大部分扭矩來自沿著弦的阻力,提高轉速僅增加了粘/滑的嚴重程度,并且由于缺少鉆孔扭矩,降低WOB幾乎沒有效果。實際上,在這種擴展的水平應用中,小孔徑井筒幾乎總會遇到這樣的問題,但由于等效循環密度限制,不能選擇直徑更大的管串。

在應用此工具之前,為了解決這個問題,作業人員提出了幾個方案。但是在使用BlackBox HD并了解了參數、設備限制之后,NOV確定不能消除粘/滑,必須簡單地將其降低到可接受的水平。 最終的解決方案是將RPM保持在一定范圍以下,以便在滑移階段RPM不會超過RSS工具控制極限。在滑移階段,即使RPM超過頂部驅動RPM速度的200%,也可以實現這一點。所以通過保持工具的操作限制,運營商和服務公司也能夠成功實現其定向鉆進目標。在此次作業中,通過使用鉆頭內部的高頻測量,了解了問題的根本原因,實現了最佳解決方案。

結論

由于非常規井的挑戰,開發商對高質量數據收集和分析的需求不斷增長。由于油價壓力持續,油氣行業需要更高的效率,鉆井優化仍將是經濟有效地實現目標和保持運營成功的重要方法。能夠在鉆頭上收集高質量的井下數據和鉆井動力學信息是實現鉆井優化的重要一步,而BlackBox HD工具使這成為現實。

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