无意外风险钻井关键技术及应用实例2_精品文档文档格式.doc
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(1.中国石油大学(华东)石油工程学院,山东,东营257061;
2.华北油田勘探开发研究院,河北,任丘062552)
摘要:
各种先进设备和工具的广泛应用为提高钻井效率、降低钻井成本起到了积极作用,但是各种复杂钻井事故仍然是影响钻井周期和费用的主要因素。
NDS钻井技术通过钻前详细计划、钻进过程集成各种可用的实时信息,不但预测可能发生的危险,而且给出解决问题的措施,从而降低甚至消除钻井过程中事故发生的机率,实现无风险钻井的目标。
本文按照NDS技术的过程,介绍了钻前风险预测、随钻风险发现、随钻风险决策及钻后风险评价技术,并对NDS技术在北海Mungo油田的实际应用做了详细介绍。
关键词:
无意外风险钻井;
关键技术;
应用实例
中图分类号:
文献标识码:
文章编号:
TheKeyTechnologiesofNoDrillingSurpriseandit’sApplication
ZhangWeidong1YuanWenkui1TianKezhong2
(1.CollegeofPetroleumEngineering,ChinaUniversityofPetroleum(EastChina),Dongying257061,China;
2.ExplorationandDevelopmentResearchInstituteofHuabeiOilfield,Renqiu062552,China)
Abstracts:
Kindsofadvancedequipmentsandtoolshavetakenpositiveeffortsonincreasingdrillingefficiencyandreducingdrillingcost.However,somecomplexdrillingaccidentsarestillthekeyfactoraffectingdrillingrecycleandcost.Bydetailpre-drillingplanningandintegratingkindsofusefulrealtimeinformationwhiledrilling,nodrillingsurprisetechnologycanpredictpotentialriskandgivetheaccessiblesolution.Therefore,NDScanreducetherateofdrillingaccidents,andachievetheobjectofnoriskdrilling.ThispaperintroducesthekeytechnologiesassociatedwithNDS,whicharetoldaccordingtotheNDS’sprocessandarepre-drillriskprediction,riskfindingwhiledrilling,riskshootingwhiledrillingandafter-drillriskevaluation.Inthelast,thispapertellstheapplicationexamplesofNDSinMungooilfield.
KeyWords:
NDS;
KeyTechnologies;
Application
0引言
石油勘探开发历史上,人们主要从两个方面来降低钻井综合成本,一是通过研究各种钻具在井下的力学与几何变形特性,了解各种操作参数和钻具结构参数等对钻井作业的影响规律,进而来提高钻进效率;
二是从硬件设备入手,研制和开发工具或设备,来加快钻进速度,从而达到提高钻井综合效益的目的[1]。
这两方面的努力在过去几十年世界油气资源开发过程中发挥了巨大作用。
但是井下事故依然是钻井成本难以降低的主要影响因素,尤其是复杂地层钻井、海洋深水钻井等高投入、高风险环境下,如何预先获取潜在的钻井危险,并提出解决不同潜在危险的措施,可以从根本上实现无风险钻井的目标,NDS(NoSurpriseDrilling,NDS)钻井系统的出现和日益完善将为实现这一目标创造条件。
NDS技术首先由BP与斯伦贝谢公司合作发起研究,是国外21世纪初新兴起的一项钻井技术[2]。
该技术融合了这两家公司开发的最新技术,将大量的钻井作业经验与斯伦贝谢公司先进的工具和技术广泛结合起来。
由于应用的目的性很强,故得以快速发展,并得到了现场检验。
NDS技术核心思想就是及时将准确的信息传递给需要的人,换句话说,就是提供一个完整的工作框架和工艺方法,将多领域的专家、先进的预测软件、钻井数据库软件和最新的硬件集成在一起,按照以交流和协作为重点的结构化方法进行工作,对各种井下风险进行识别、分析、预防和控制。
NDS技术的目标是针对各种不同的特定条件量身定制钻井方案,重点解决井筒压力和井壁稳定性的控制问题,消除井下意外事故,降低钻井费用。
图1NDS系统示意图[3]
2NDS关键技术
信息的交流是NDS技术钻井的关键所在,它使得有关专业人员及时获得相关信息以做出计划与决定。
这一过程需要将人、软件工具以及数据同步化与可视化技术结合起来,将可以获得的所有数据转化成为有用的资料,来优化钻井作业过程。
该过程首先是收集资料准备钻前计划,并找出做钻井决定所需要的信息;
然后考虑如何及时获得会对决定有影响的基本测试数据;
此后,在钻井过程中应用特殊的软件工具解释实时获得的测试数据,这些软件工具可以对数据做出有意义的分析,帮助工作人员更快速、更有效地完成工作;
最后,利用最新获得的信息不断更新钻井计划。
概括起来,NDS系统的工作流程主要包括钻前设计、随钻校正、随钻决策和钻后研究四个阶段[3]。
其主要的关键技术也可以按照这四个过程分为四个大的方面:
钻前风险预测技术、随钻风险发现技术、随钻风险决策技术和钻后风险评价技术。
此外信息交流技术也非常重要。
图2NDS过程示意图[4]
2.1钻前风险预测技术
钻前风险预测是指在钻井前对钻井过程中可能出现的各种风险进行提前预测,以便提早找出解决方案。
NDS技术中采用的钻前风险预测主要是通过WellTRAK知识系统、RiskTRAK数据库、地质力学模型以及与邻井进行资料对比等进行的。
2.1.1RiskTRAK数据库
NDS程序使用RiskTRAK钻井风险数据库来系统收集钻井历史上的危险信息。
钻井事故在RiskTRAK系统中是指造成时间浪费的钻井问题,它为下一步的钻井作业提供了宝贵的信息。
有时,可以在“无意外”的情况下完成钻井作业,这是因为钻井过程中所遇到的一些小问题在发展成浪费时间的事故前就得到了纠正。
当钻井作业中有问题发生,或问题被发现并避免后,现场程师就按照其类型(如钻杆被卡、井眼稳定性、泥浆循环漏失、井眼清洗或地层孔隙压力)将问题归入数据库中。
这些问题可能与特定的深度、地质年龄、BHA以及某一钻井作业有关,因此,也要收集这些信息以便与邻井进行对比。
一个事故发生后,钻井作业人员要对其原因、任何被注意到的先兆以及如何避免这一事故进行讨论。
那些建议的预防措施被输入RiskTRAK系统。
为了将来进行参考,还要对问题的严重性以及这类问题再次发生的概率做出估计。
事故发生的后果、采取的补救措施以及补救中使用的装置都要被分类记录。
2.1.2地质力学模型
地质力学模型就是利用计算机描述油场或盆地特定地层剖面应力和岩石力学特性的数值模型[5]。
地质力学模型由地层顶部、断层、岩石强度信息、孔隙压力、应力大小和方向等各种参数的地质剖面组成,并同区域地层和地震图像相连接。
地质力学模型可以用来预测地层孔隙压力与地层强度。
大量事实已经证明在制定钻井方案之前构建地质力学模型并在钻井过程中实时修正,可减少计划外钻井费用,加快了解、认识储层的进程,特别在高费用、复杂井的安全钻进方面是非常有价值的。
2.1.3邻井资料对比
邻井的钻井记录指示可能的危险层段,并提供井下事件过程及其原因。
这些邻近的井还可以提供钻井力学方面的信息。
邻井的井底测量数据提供了地层压力以及丰富的物性方面资料,其中包括岩石物性资料(如渗透率、孔隙度、应力的大小、方向以及岩石强度等)。
这些测量数据可以补充岩心分析得到的资料,提供更多的有关岩石强度及物性方面的信息。
2.2随钻风险发现技术
NDS过程的关键是在实时的时间间隔内获取信息。
钻进过程中可能会遇到各种各样难以预料到的风险,如何在钻进过程中有效地发现这些未知风险,对成功、快速、高质量的完成钻井至关重要。
钻进过程中风险的发现主要是通过随钻测量工具和实时监控软件。
通过连续监测和记录井下和地面温度、压力、流量等工程参数的变化,及时发现各种参数的异常变化趋势,揭示井眼中发生的情况,预测可能遇到的危险,并在有关参数超出界限时提醒相关人员采取措施,避免井下事故的发生。
利用随钻参数测量技术获得的资料主要用于优化钻井作业和地层评价。
在钻井过程中,随钻测量数据可以用于早期探测高压层,将井眼精确地导向目标地层,确定压力梯度及流体界面,实时调整泥浆比重,以便有效地增加机械钻速,优化下套管位置,更加安全地钻人高压层段。
随钻测量技术包括:
随钻测量(MWD)、随钻测井(LWD)、随钻地震(SWD)以及随钻压力监测等。
广义上来讲,这些技术可以统称为随钻测量技术(MWD)。
2.2.1随钻测井技术
随钻测井资料是在泥浆滤液侵入地层之前或侵入很浅时测得的,更真实地反映了原状地层的地质特征,可提高地层评价的准确性。
随钻测井在钻井的同时完成测井作业,减少了井场钻机占用时间,从钻井一测井一体化服务的整体上节省成本。
在某些大斜度井或特殊地质环境(如膨胀粘土或高压地层)钻井时,电缆测井困难或风险加大以致于不能进行作业时,随钻测井是唯一可用的测井技术[6]。
随钻测井资料主要用于优化钻井作业和地层评价。
在钻井过程中,随钻测井数据可以用于早期探测高压层,将井眼精确地导向目标地层,确定压力梯度及流体界面,实时调整泥浆比重以便有效地增加机械钻速,优化下套管位置。
随钻测井资料的应用,使得钻井作业更加快速、安全和有效,减少了钻井时间和成本。
随钻测井是在钻井泥浆未侵入或侵入地层浅的情况下进行的,测量资料更接近原始地层。
用这些资料进行油水层划分和地层评价准确性高,效果好。
在深井、大斜度井、钻机日费用高、钻速高(松软地层)的情沉下,使用LWD的地层评价总成本低于使用电缆测井的地层评价总成本。
2.2.2随钻地震技术
随钻地震(SWD)技术是一种利用钻井过程中钻头破岩时的振动作为震源,用地面检波器排列接收信号进行地震测量的井中地震技术。
SWD已经有很长的应用历史,在我国,1996年在江汉油田就进行了一次随钻地震试验[7]。
图3随钻地震测量方法。
Drill-BitSeimic方法以钻井作业的噪音作为震源,接收装置位于地表(左)。
SeismicVISION测量方法使用地面震源,可以在钻井作业的过程中,每一次加入或取下钻杆时进行测量(右)
斯伦贝谢公司的SWD技术主要有Drill-BitSeismic
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