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鉆井新工藝 ——閉環鉆井技術

時間:2018-10-11 14:24 來源: 作者:songxinyuan
閉環鉆井技術(Closed-Loop Drilling) 在 工藝安全和成本節約方面具有明顯優勢;在低油價時代,最大限度地發揮了優勢, 實現動態井控和有效削減成本???壓 鉆 井(Managed PressureDrilling)常被認為是最終能使石油公司實現其目標的有效方法,其成本節約來自于一開始就將控壓鉆井和集成鉆進于一體的設計。
 
控壓鉆井在閉環鉆井中的應用
 
對于控壓鉆井設備來說,雖然美國陸上鉆井市場已采用旋轉控制裝置作為標準設備,但在墨西哥灣的近海,許多最具挑戰的井正逐漸采用這項技術,但速度一直很緩慢。然而,在世界其它地區,控壓鉆井的利用率在加快,最值得注意的是,在東南亞容易漏失的碳酸鹽巖地層,巴西的鹽丘環境、以及安哥拉的環境,浮動式鉆機采用控壓鉆井技術已變得更加普及。
 
陸上鉆井的經驗可以安全轉移至海上固定式鉆機地面防噴器的作業中,如自升式鉆機、張力腿鉆機和其它固定式鉆井平臺,海上鉆井的優勢是鉆機移動比陸上作業簡單得多,因此整個控壓鉆井作業復雜的管線布局可以保留在原位。出于安全和環境的原因,最重要的應用是海底防噴器作業,研究人員查閱了大量井控數據庫,其中包括了世界上大多數浮動式鉆機鉆的井,從中得到了一些寶貴的經驗和教訓。
 
首先,這些鉆井平臺實際發生的井控事件非常少,由于作業謹慎、訓練有素和井控意識強,海上作業人員通常比陸上鉆井作業人員更不愿冒險和承擔風險,海上鉆井因井控事件導致防噴器關井的操作差不多每 18~24 個鉆機月發生一次,說到底,這些井控事件只有一半是由真實的地層流體侵入井筒所引起,相當于一部鉆機每 3~4 年才處理一次真實的井涌事件。
 
當在這個數據庫中查閱井涌強度和井涌量時,查到的事實顯示,中等強度的井涌侵入流體的密度為0.5 磅 / 加侖(0.06g/cm 3 ),井涌量僅為 10 桶(1.6m 3 ),這表明鉆井隊傳統的井涌探測能力非常好,特別是從井涌事件的罕見率來看,事實應當如此。不過,井涌強度和井涌量的整個數據集描繪出一個令人擔憂的情景,有相當數量的、地層流體密度在每加侖幾磅或高達5.3 磅(0.64g/cm 3 )的井涌強度,以及曾經發生過的三位數桶(最高達 250 桶, 約 40m 3 ) 的 井 涌 量,這些數據表明,孔隙壓力預測和常規壓力控制存在嚴重的局限,只是在關閉防噴器、讀到穩定的立管壓力后才采取井控措施,在此之前,一切都是估計和假設。
 
如果滲透率非常低,可能會無意中鉆入壓力梯度超出套管設計能力的地層,甚至可能鉆入超過防噴器額定工作壓力的地層。閉環鉆井能為這兩個問題提供安全的解決方案。無意中鉆入大壓力梯度地層和遭遇大體積量地層流體涌入的風險可以通過一種全控壓鉆井系統其中一個更有趣的功能來緩解。全控壓鉆井系統是一種實時的、無需中斷鉆井進程的、用以確定裸眼段實際孔隙壓力和實際地層強度的有效方法,可以自動和按要求的頻次執行鉆井作業或鉆井進程,可以繪制一個服務于整個預鉆井段真實壓力窗口的完整圖示,避免意外或預想不到的孔隙壓力出現,系統還能為套管下深提供優化。 此外,這些數據為鉆井工程師、油藏工程師和地質學家帶來的價值不可低估,這種方法很可能會取代依靠電測獲取地層壓力數據的傳統做法。
 
新規范下的建井表現
 
真實的鉆井表現是去除非生產時間或已記錄到的無形的時間損失,去除非生產時間只是一種簡單的缺陷糾正,而不是一種業績提高,甚至可能不是最優先考慮的事項,因為過分關注非生產時間可能會導致綜合業績的退化或變差;無形或看不見的時間損失這方面的典型例子包括:已鉆井眼的循環除屑、接單根期間的井控防范、為確保鉆井液良好攜屑限制機械鉆速、為確保隨鉆測量 MWD 數據采集的準確性限制機械鉆速、上提鉆具調整定向方位、檢查起下鉆、短起下、下套管困難、 不必要的套管下入、 固井問題、以及條件不理想或不合適下防沙或其它完井設備等。
 
成功的關鍵因素是及時意識困難或機遇,這樣在問題變大之前先解決, 控壓鉆井提供了一個積極的、可以實時調整的初級屏障,以減輕地層壓力和地層強度的不確定性,并充分利用其它鉆井機遇,而不是一個被意外攻破、需要激活才可能有效的初級屏障,這種激活的效性遠不及二級屏障。新鉆井規范去二合一,勾畫出最佳方案,首先,控壓鉆井能使鉆井作業非常接近實時確定的壓力窗口,貼近孔隙壓力變化曲線實施鉆井作業,這能極大地優化機械鉆速;第二,控壓鉆井又能提供不再發生井涌的可能性。
 
在控壓鉆井領域,人們知道一個機械因素,那就是地層有一個與其它物體相互碰撞或周期性接單根的有限次數,通過兩種控壓鉆井方法來緩解,一是接單根期間井口憋壓,讓井筒保持一定壓力;二是連續循環,接單根期間通過一個連續循環裝置(下圖所示)保持當量循環密度;顯然第二種方法是一種更高效和更現代的方法。采用一種測定體積的控壓鉆井系統,保持一個穩定的流量狀態有利于偵測流量異常,如地層流體涌入或鉆井液漏失;接單根期間中斷循環監測起來則很困難;連續循環系統本身就開辟了一個鉆井液設計能力的全新范疇,極大地改善了井眼 凈 化, 對 于 隨 鉆 測 量 MWD /LWD 有著重要的積極影響。在鉆滲透性地層時,另一個災難就是壓差卡鉆,采用控壓鉆井可以很容易避免這種災難,控壓鉆井可以暫時減小回壓, 縮小壓差, 使鉆具脫離險境,避免卡鉆,恢復移動。
 
深 水 鉆 井 井 控 事 件 時, 控 壓鉆井的動態井控能力真的很出色,即使地層流體侵入井筒的可能性極 高, 也 不 會 造 成 地 層 流 體 不 能通過連續的正常循環被排出井眼以及讓氣體在節流后面膨脹的場景 出 現, 這 意 味 著 不 會 有 更 多 的Bullheading 作業導致數周時間損失,Bullheading 作業是一種當地層流體涌入井筒的體積量過大、常規壓井或置換法無法實現正常壓井、或壓井可能導致地面壓力過高等情況下所采取的將井涌流體壓回地層的井控方法,俗稱“回壓法”,實施 Bullheading 作業需花費很長時間。而在一口壓力窗口很窄(孔隙壓力與破裂壓力之間范圍很?。┑木l生井涌且環空充滿巖屑的情況下關井時,也不會導致井眼遭受嚴重損害或井毀的情形出現。
 
控壓鉆井系統的另一個主要優點是固井施工中很有效,在實施固井作業期間,考慮到利與弊或得與失,可以對固井進程進行修正,可以采用未加重的隔離液、利用地面回壓替代的方法設計固井作業,這樣可以更好的替泥漿,提高固井質量;在水泥侯凝期間可以保持回壓,這么做可以避免地層氣體侵入和出現微環空,持續的地層壓力是導致微環空的一個主要原因。最后,固完井后再測試負壓或回流,解除回壓,監測流體侵入量就相對簡單多了。
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