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巧用MSE 及時了解地層變化

巧用MSE 及時了解地層變化

結合新一代井下傳感器與高速有線遙測技術,RockSense可實時精確測量MSE,優化井眼軌跡,及時提供地層變化信息。

來自丨E&P
編譯丨TOM

優化井眼軌跡是實現油藏采收率最大化的手段之一,工程師們通常利用現有技術來實現這一目標。然而,這些技術并不是最優技術,會影響油井的產量與效益。RockSense技術可提供鉆頭處的地層界面識別功能,為工程師們提供地層變化的實時信息。該技術將機械比能理論轉化為實踐。本文介紹了該技術的實際應用效果,并利用鄰井的測井資料,驗證了結果的可用性與準確性。

MSE應用方法

MSE表示在地層中鉆出一定長度的井眼所需的能量,這揭示了地層的組分。隨著地層可鉆性的變化,破碎它所需的能量也隨之變化。盡管該理論有可能徹底改變鉆井精度,但迄今為止,可用技術匱乏,MSE的實際應用也受到了限制。這是因為精確計算MSE需要實時測量井下鉆壓(WOB)與鉆頭扭矩。

通常這些數據都是依據井口測量數據,考慮浮力與摩擦的影響,再進行經驗校正。然而,校正帶來的噪點,幾乎大于由于地層特征不同而引起的MSE變化。近年來,技術的進步使得井下測量鉆壓與鉆頭扭矩成為可能,但泥漿脈沖的帶寬限制,又一次成為了MSE成功應用的攔路虎。

最新一代連續油管鉆進的底部鉆具組合(BHAs),集成了井下傳感器與高速有線遙測技術,為最終實現高精度的MSE測量提供了技術平臺。

它的工作原理是在鉆進時測量泥漿馬達的輸入功率,以了解所鉆巖石的類型。該技術測量壓差與流速。知曉泥漿馬達的主要作業參數,即可給出關于壓力與流速的功率表達式。隨著鉆進的深入,這種功率被整合在一起,可得到每英尺鉆進作業所消耗的能量,因此就能獲得地層變化的相應指標。

通過持續監控扭矩、鉆壓、壓力與機械鉆速,RockSense可實時提供鉆井作業的相關信息。此外,得益于有線遙測具有較高的數據傳輸速率,每鉆一英尺可進行多次測量,作業者能夠獲得英寸級別的分辨率。隨著鉆進作業的進行,該技術可幫助作業者了解更多井下信息。

優勢

由于缺乏精確測量MSE的能力,傳統上使用兩種地質導向方法。第一種方法,使用傳感器測量諸如伽馬、電阻率、孔隙率等系數。雖然這些傳感器成熟、可靠且一致,但傳感器在底部鉆具組合上的位置卻很尷尬。鉆頭是位于BHA的底部,可定向傳感器組件卻可能位于泥漿馬達上部6至7米(20至25英尺)的位置。直到鉆頭深入地層6至7 米,地層特征才會明顯變化。即使不會影響產量,但鉆進非產層所浪費的作業時間,也會影響項目的工期。

第二種地質導向方法是巖屑錄井分析。然而,循環巖屑至地面、獲取巖屑、分析前的準備工作所耗費的時間,都會造成延遲。同樣,在地面收到確認之前,早已鉆穿了目的層,縮短了完成地質導向作業可用的垂深。環空中巖屑的分散(不同大小與密度的巖屑的上返速度不同),也會對深度分辨率造成不利影響。

這兩種方法毫無疑問都代表了當時最好的技術,但這兩者終究會被現有的技術所淘汰。

案例分析

第一個案例是北美某口連續油管鉆出的側鉆井。該井是該地區的首口水平井,目的是通過增加油藏接觸面積來增加產量。

作業者利用三維地震技術對地層進行了評估,并確定出一個可能充當圈閉的地下隆起。設計原則是控制軌跡在地層頂端下方約4.5米(15英尺)處,并保持井斜角,使井眼一直處于地層中。預估的油水界面位于地層頂端下方12米(40英尺)處,如果井眼進入了水層,將會顯著影響該井的經濟效益。因為僅依靠地震深度無法提供所需的精度,所以應用了伽馬傳感器來測量井深。在建井階段,利用單相流鉆井液來鉆進該井段。

巧用MSE 及時了解地層變化

如圖1,利用RockSense處理作業中采集的數據,在繪制孔隙度與垂深(TVD)關系圖時,密度測井曲線與RockSense曲線有著驚人的相似性。

第二個案例是北美一口連續油管欠平衡鉆進的頁巖氣井,如圖2。在該井4.75寸水平段的鉆進作業中,鉆井液中混入高達40%的氮氣,以盡量減少地層損傷。其作業目的是將井眼控制在確定的儲層中。利用RockSense對歷史數據進行處理,識別出目的層下方的實際井眼軌跡。如果實時應用該技術,即可采取更為主動的導向策略,避免井眼鉆出地層。

巧用MSE 及時了解地層變化

利用RockSense技術,首次實現了鉆頭處地層邊界的識別。這些信息是實時傳輸的,而且這些數據代表了鉆頭位置處(不是鉆頭上方)的情況,從而司鉆能夠在目的層中鉆出更多進尺,鉆出最優井眼軌跡。應用該技術提高了采收率,提高了初始產量,并顯著增加了項目的經濟效益。

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