控壓鉆井技術新進展
時間:2016-05-31 11:25
來源:
作者:編譯 / 張瑜
自1998 年以來,巴西石油公司一直對控壓鉆井 (MPD) 技術進行設計、 開 發、 測 試、 現場試驗及商業化應用。為了支持公司鉆井策略和提出的鹽層下油田具體發展規劃,巴西石油公司于 2013年組織發起“鉆探井漏多發地帶”行動。其由大量海上鉆井裝置轉變為配備 MPD 裝置。這個行動是企業降低成本項目即 PRC-Poço 的一部分,在三年期間,15 座鉆探平臺轉變為配備 MPD 的鉆井裝置,且對鉆井平臺的正常運行影響較少。國際鉆井承包商協會欠平衡作業和控制壓力委員會認為,控制壓力鉆井是適應鉆井過程,用于精準控制整個井筒環空壓力分布曲線。目標是確定井下壓力環境極限和控制相應的環空壓力分布曲線。控制壓 力 鉆 井(MPD) 技 術 的 目 的 是避免儲層流體持續流入表面區域。使用一種合適的工藝,任何對操作產生的意外將得到安全控制。巴西石油公司選擇三種控制壓力鉆井(MPD)技術:表面反壓力(SBP)、壓力泥漿帽鉆井(PMCD)技術、浮動泥漿帽鉆井(FMCD)。具體應用取決于鉆井的要求和條件。
巴西石油公司不忽視公司規則確定的安全原則來降低成本,建立PRC-Poço 項目。該項目以常規鉆井技術不被推薦使用的井為目標,如孔隙壓力和地層壓裂壓力梯度曲線之間的窄壓力窗口或是導致非生產時間(NPT)嚴重井漏問題的井。安裝MPD后, 許多復雜情形被延遲。迄今為止,巴西石油公司利用控制壓力鉆井技術鉆探了 20 口深水油井,證明了 MPD 系統的重要性,再次肯定三年前所選擇的成功路徑。到 2016 年年底,5 個鉆井承包商的15 座鉆井平臺將轉變為配備 MPD鉆井裝置。自 2013 年以來,根據需求變化,原本 MPD 裝備平臺數增加了,為巴西石油公司分配 MPD設備提供了靈活性。要克服的挑戰之一是調整改變為配備 MPD 鉆井平臺數量與應用MPD 技術候選井數量。解決方案是將井分為兩大類:強制要求 MPD的井和建議使用 MPD 的井。根據相關井和預測井可能出現井漏的統計模型,強制要求 MPD 井與孔隙壓力和壓裂壓力梯度之間的密封窗與井漏問題有關;而建議使用 MPD井與可能發生較小井漏問題和鉆井位置信息較少的探井有關。配備 MPD 鉆井平臺定制需要大量平臺改裝和一組適當設備,使操作變為可能。設備可以劃分為地面設備和井下設備,這兩類設備各自面臨不同的挑戰。
部分地面設備必須安裝在平臺上。新剛性管匯對操作所需的不同走向是必須的,盡管每個平臺都有其特殊性,但巴西石油國家公司開發了安全運行最低要求的通用標準。該控壓鉆井系統的重要特征包括:盡管旋轉控制設備(RCD)和立管設備限于 2kpsi 的條件,但是整套地面設備設計應用于 5kpsi 環境中,預計未來會被改進;所有組合都有冗余允許出現故障時繼續操作;該系統允許利用泥漿補給罐連續監測軸承組件密封;允許 PMCD操作利用泵送液體通過環形空間;該系統允許組合去泥漿氣體分離器(聯鎖閥);PRV 用于管道保護。井下設備為了進行 MPD 操作,部分設備必需附加鉆井立管,目的在于將井轉移,應用 MPD 系統,這些改造必須保持立管輔助線管功能。
最初的方法是調整常規套管接頭,在MPD 立管組下方引入終止接頭,以確保立管輔助管線管匯被正確安裝。由于套管接頭改造與終端接頭的制造和采購問題,這種解決方案起初有較長的交付期。一種可選擇的產品是剛性管適合于 MPD 立管組周圍的立管輔助管線。這將保持常規套管接頭沒有改變。第二種方法是選擇巴西石油公司配備 MPD 平臺轉變。這個方法具有在短時間內交付的優勢。然而,它的劣勢表現為配置總重和運行 MPD 立管組的總時間。鉆井承包商如何控制 MPD巴西國家石油公司考慮多重配置,從鉆井承包商擁有的地面管道和設備,包括 MPD 管組,到運營商供應的 MPD 管組。MPD 管則是MPD 操作的核心,巴西石油公司認為運營商需解決的問題是鉆井設備。
實踐表明, 其余設備包括 RCD 在內,應該由鉆井承包商管理。巴西國家石油公司做了大量投資,以引導行業把 MPD 作為一種常見工具。配備 MPD 鉆井平臺在續訂合約或簽署新合同時是理想的選擇。至少在短時間內安裝 MPD管組在不久的將來會達到標準。工藝過程適應操作MPD 鉆井平臺巴西國家石油公司的經驗顯示,完成常規鉆井裝置轉變為配備 MPD裝置需要 18 到 24 個月的時間。主要原因是配備 MPD 鉆井裝置在市場中是有區別的,它為鉆井團隊決定使用何種技術提供了選擇性。鉆井平臺轉變之前需要做大量的工作,如技術參數、 P&ID 定義、 平臺勘測、工場(接口矩陣)、詳細描述項目;后續活動包括行動跟蹤器、工程程序、 FAT 和 SIT、險源分析 / 危險與可行性研究(Hazid/Hazop)、培訓、操作。專用分組在平臺轉變中工作,在項目所有階段是一個關鍵部分,從與鉆井承包商續約到每個平臺首次操作結束。這可以確保鉆井現場的工序連接和執行操作。經驗教訓在項目實施過程中,可以了解與鉆探裝置準備和執行 MPD 操作的一些經驗,主要有兩方面:一是與流量計定位相關的經驗。巴西石油公司遇到了利用 SBP 低流量流速科里奧利讀數相關的問題。在陸上設施進行現場測試之后,出現故障與通過計量器的流動型態相關。
游離氣體 / 空氣和壓力 / 靜壓頭造成空化影響流量計讀數。這可能有三種解決方案:1)安裝一個手動驅動閥或流量計壓力定點下游閥,維持計量最低壓力;2)在流線視圖下方放置流量計撬塊;3)放置流量計撬塊于 MPD 管組上游,以至于科里奧利一直在應用表面壓力情況下工作。二是水下防噴器的問題得到解決。 當利用液壓欠平衡泥漿鉆井時,防噴器測試必須利用相當于 SBP 的井口壓力來執行。巴西國家石油公司在進行防噴器測試上有三個解決方案:1)使用 RAM 測試;2)開發工序利用立管中的壓力做測試;3)調整測試接頭以利用下方井口壓力密封。未來挑戰MPD 在巴西國家石油公司作業中已成為現實。目前為止,所進行的一切操作都證實了利用該技術已成必然,并將在石油工業中變得越來越普遍。對于操作,該行業應該增加設備的可靠性,更新軟件,以使整個工藝過程更安全、更廉價。