在利用這些滑動(dòng)的KPI指標(biāo)進(jìn)行井與井之間的對比時(shí)，重要的是要知道這可能會(huì)帶來數(shù)據(jù)變異的操作特性。例如，為了適應(yīng)平臺(tái)鉆井，垂直井段常被鉆成切線或斜線井眼，因?yàn)殂@一口大斜度的切線井眼需要更多的滑動(dòng)鉆進(jìn)，KPI指標(biāo)可能會(huì)受到影響，而且，數(shù)據(jù)分析必須考慮這一因素，以便在井與井之間進(jìn)行精確的比較。同樣，在執(zhí)行滑動(dòng)井段范圍內(nèi)的深度可能會(huì)顯著改變KPI指標(biāo)，例如，在接近目標(biāo)井深一個(gè)較淺的深度，當(dāng)所進(jìn)行的大部分滑動(dòng)處于水平段時(shí)，所有的滑動(dòng)速度指標(biāo)都要快很多。
測量驅(qū)動(dòng)開發(fā)
以細(xì)膩詳盡的方式計(jì)算和跟蹤KPI指標(biāo)的好處從現(xiàn)場績效優(yōu)化延伸至產(chǎn)品的開發(fā)決策。由于資源的限制常常會(huì)促使新特性開發(fā)優(yōu)先順序的誕生，因此，擁有一個(gè)允許量化影響新特性的數(shù)據(jù)集是非常有價(jià)值的。例如，這些KPI指標(biāo)可被用來在減少廢進(jìn)尺的新邏輯與加速對準(zhǔn)工具面的操作步驟的新邏輯之間制定一個(gè)開發(fā)決策。廢進(jìn)尺的減少可以做到更精準(zhǔn)的滑動(dòng)，而一個(gè)改進(jìn)的對準(zhǔn)工具面的操作步驟可使滑動(dòng)作業(yè)加快。通過系統(tǒng)地計(jì)算和跟蹤這些KPI指標(biāo)，開發(fā)團(tuán)隊(duì)可以選擇性地針對現(xiàn)場的滑動(dòng)表現(xiàn)，優(yōu)先處理更重要的事項(xiàng)。
一個(gè)正在開發(fā)的區(qū)塊利用精細(xì)滑動(dòng)鉆進(jìn)的KPI指標(biāo)來自動(dòng)控制多個(gè)鉆井參數(shù)的設(shè)定點(diǎn)，如鉆壓、壓差和ROP。如前所述，目前的方法仍保留了司鉆或定向司鉆、自動(dòng)滑動(dòng)系統(tǒng)對人工滑動(dòng)的參數(shù)變化的響應(yīng)和自動(dòng)送鉆參數(shù)各自的所有權(quán)。為了提高滑動(dòng)速度和滑動(dòng)精度，分析滑動(dòng)鉆進(jìn)的KPI對于開發(fā)一個(gè)自動(dòng)操作設(shè)定點(diǎn)控制的滑動(dòng)系統(tǒng)至關(guān)重要。
現(xiàn)場應(yīng)用效果
過去的12個(gè)月里，自動(dòng)滑動(dòng)技術(shù)在美國幾個(gè)陸上非傳統(tǒng)油氣盆地的多部鉆機(jī)上進(jìn)行了試用，為了提高滑動(dòng)導(dǎo)向控制的一致性和可靠性，在這段時(shí)間里，該技術(shù)在不斷地取得進(jìn)展。
效果總結(jié)
根據(jù)前面討論的KPI指標(biāo)，對美國陸上盆地44口井滑動(dòng)精度與滑動(dòng)速度的鉆進(jìn)表現(xiàn)進(jìn)行了評價(jià)。2018年，4部地理位置接近的鉆機(jī)在幾個(gè)月的時(shí)間里對這些井實(shí)施了鉆井施工。23口井至少在一個(gè)鉆進(jìn)井段使用了本文所述的自動(dòng)滑動(dòng)方法，其中的21口井按慣例進(jìn)行了鉆井作業(yè)，其數(shù)據(jù)集包括了超過21000ft所有垂直段、造斜段／曲線段和水平段的自動(dòng)滑動(dòng)鉆進(jìn)作業(yè)，如圖3自動(dòng)滑動(dòng)控制的進(jìn)尺劃分。
圖3
23口采用自動(dòng)滑動(dòng)控制的井進(jìn)行了垂直段和水平段的滑動(dòng)鉆進(jìn)，現(xiàn)場由司鉆進(jìn)行管控和執(zhí)行，遠(yuǎn)程由定向司鉆監(jiān)管滑動(dòng)指令和執(zhí)行。在需要人工干預(yù)時(shí)，由一名現(xiàn)場監(jiān)管的定向司鉆利用自動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行造斜段／曲線段鉆進(jìn)。作業(yè)績效按垂直段、造斜段／曲線段和水平段進(jìn)行評價(jià)。
垂直段的滑動(dòng)表現(xiàn)
根據(jù)先前討論的KPIs，滑動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)在垂直井段打出的滑動(dòng)速度與滑動(dòng)精度兩項(xiàng)指標(biāo)與鄰井人工操控的表現(xiàn)基本一致。對44個(gè)垂直段的數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析與評價(jià)，其中23個(gè)自動(dòng)控制的垂直段和21個(gè)人工控制的垂直段。在現(xiàn)場沒有定向司鉆的情況下進(jìn)行了垂直段鉆進(jìn)的自動(dòng)控制，重要發(fā)現(xiàn)如下：
Ÿ 自動(dòng)滑動(dòng)控制的井平均滑動(dòng)速度為34.2ft/hr.，而人工滑動(dòng)控制的井平均為29.8ft/hr.；
Ÿ 自動(dòng)滑動(dòng)控制的井平均在底滑動(dòng)的ROP為58.4ft/hr.，而人工滑動(dòng)控制的井平均為52.2ft/hr.，自動(dòng)滑動(dòng)控制的ROP高于人工滑動(dòng)控制12%。見圖4垂直段滑動(dòng)速度的KPI指標(biāo)；
Ÿ 自動(dòng)滑動(dòng)控制的井預(yù)滑動(dòng)時(shí)長平均為4.9min，工具面設(shè)定時(shí)長平均為1.7min；而相對于人工滑動(dòng)控制的井上述指標(biāo)分別為5.0min和2.4min，表明自動(dòng)滑動(dòng)控制鉆頭離底的時(shí)長略有縮短。見圖4；
Ÿ 當(dāng)以滑動(dòng)評分和工具面分布來評判時(shí)，自動(dòng)與人工滑動(dòng)控制的井之間，滑動(dòng)精度在功能上是一致的。見圖5垂直段滑動(dòng)精度的KPI指標(biāo)。
圖4
圖5
相比人工滑動(dòng)控制，自動(dòng)滑動(dòng)控制的井在底R(shí)OP和滑動(dòng)速度的KPI指標(biāo)要略高一些；離底的KPI指標(biāo)（預(yù)滑動(dòng)時(shí)長）自動(dòng)與人工滑動(dòng)控制的井大致是相同的（人工5.0min，自動(dòng)4.9min），表明自動(dòng)滑動(dòng)速度較快主要是由于在底鉆進(jìn)速度的加快所致。如前所述，本文介紹的自動(dòng)化方法保持了司鉆操控在底滑動(dòng)鉆進(jìn)的績效表現(xiàn)。
每次滑動(dòng)測量的RtR/StR數(shù)據(jù)可用來計(jì)算自動(dòng)滑動(dòng)與人工滑動(dòng)控制的井之間平均滑動(dòng)鉆進(jìn)時(shí)長的差異。用垂直井段執(zhí)行的平均滑動(dòng)次數(shù)乘以每次滑動(dòng)的RtR/StR可得出平均總的滑動(dòng)時(shí)長。自動(dòng)滑動(dòng)執(zhí)行的速度略快于人工滑動(dòng)，這也是節(jié)省約1.3hr.的原因，見表2。
表2：每次滑動(dòng)的RtR與總的滑動(dòng)時(shí)長
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自動(dòng) |
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人工 |
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每次滑動(dòng)的RtR/StR（hrs） |
0.32 |
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0.37 |
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平均滑動(dòng)次數(shù) |
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26 |
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總的滑動(dòng)時(shí)長（hrs） |
8.3 |
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9.6 |
這些結(jié)果清楚地表明，倘若一個(gè)自動(dòng)滑動(dòng)系統(tǒng)能夠達(dá)到或超越一名經(jīng)驗(yàn)豐富的定向司鉆所能操控的滑動(dòng)速度和滑動(dòng)精度，那么使用這樣的系統(tǒng)是可行或可能的。在底R(shí)OP的提高表明，滑動(dòng)鉆進(jìn)速度可由司鉆來操控，而現(xiàn)場不需要定向司鉆在場。此外，隨著自動(dòng)滑動(dòng)系統(tǒng)的引入，精細(xì)的KPI計(jì)算與跟蹤可為石油公司和服務(wù)商提供可用來確定后續(xù)井具體行動(dòng)的數(shù)據(jù)，以提高鉆井作業(yè)的速度和操控的一致性。
造斜段／曲線段的滑動(dòng)表現(xiàn)
與垂直段一樣，造斜段自動(dòng)滑動(dòng)的速度與精度大致與鄰井人工滑動(dòng)控制的井基本一致，對43個(gè)造斜段的數(shù)據(jù)進(jìn)行了評價(jià)：其中12個(gè)自動(dòng)滑動(dòng)控制的造斜段，31個(gè)人工滑動(dòng)控制的造斜段。與垂直段和水平段不同的是，由于作業(yè)處于關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，現(xiàn)場有一名定向司鉆在場，實(shí)施自動(dòng)滑動(dòng)控制造斜段鉆進(jìn)。由于井底鉆具（BHA）和其它操作的考慮，自動(dòng)滑動(dòng)控制造斜段鉆進(jìn)的進(jìn)尺較少，因此，得到的數(shù)據(jù)也較少。
請注意，由于鉆井工況的變化，例如頻繁地進(jìn)行測量（測斜），測量會(huì)使作業(yè)中斷，而且會(huì)給精確計(jì)算績效指標(biāo)帶來困難，因此，造斜段鉆進(jìn)期間，無法對RtR/StR時(shí)長和滑動(dòng)速度進(jìn)行計(jì)算。此外，由于造斜段較短以及更注重滑動(dòng)質(zhì)量，以獲得期望的造斜率，因此，造斜段數(shù)據(jù)的分析會(huì)側(cè)重于滑動(dòng)精度的KPI指標(biāo)，而不包括RtR/StR的KPI指標(biāo)。重要發(fā)現(xiàn)如下：
Ÿ 自動(dòng)滑動(dòng)控制的井平均在底滑動(dòng)的ROP為90.1ft/hr.，人工滑動(dòng)控制的井為103.6ft/hr.，自動(dòng)比人工滑動(dòng)控制的ROP低13%，見圖6造斜段滑動(dòng)速度的KPI指標(biāo)；
Ÿ 自動(dòng)滑動(dòng)控制的井平均預(yù)滑動(dòng)時(shí)長為9.8min，工具面設(shè)定時(shí)長為2.2min；人工滑動(dòng)控制的井相應(yīng)的數(shù)據(jù)分別是12.7min和4.3min；這表明自動(dòng)滑動(dòng)控制系統(tǒng)通過過程優(yōu)化能夠有效縮短離底時(shí)長，見圖6；
Ÿ 在衡量滑動(dòng)評分和工具面分布時(shí)，自動(dòng)與人工滑動(dòng)控制所打的井滑動(dòng)精度在功能上是相同的，見圖7造斜段滑動(dòng)精度的KPI指標(biāo)。
圖6
圖7
從造斜段／曲線段數(shù)據(jù)集中觀察到預(yù)滑動(dòng)離底時(shí)長一個(gè)23%的縮短（自動(dòng)9.8min，人工12.7min）通常是因離底活動(dòng)的優(yōu)化所實(shí)現(xiàn)的。例如，在對齊工具面的操作步驟中有一些子功能，如果確定該功能是不必要的，則可以簡化或去除該功能。
造斜段／曲線段自動(dòng)滑動(dòng)控制面臨的最大挑戰(zhàn)是在保持精準(zhǔn)工具面控制的同時(shí)使在底R(shí)OP最大化。所觀察到的較低的ROP可能是由于定向司鉆為確保獲得期望的滑動(dòng)質(zhì)量而限制鉆井參數(shù)所導(dǎo)致的。因?yàn)?，在此無需進(jìn)行RtR/StR的度量，所以無法確定離底時(shí)長的改善是否會(huì)對滑動(dòng)速度有影響。
水平段的滑動(dòng)表現(xiàn)
水平段的分析清楚地說明了自動(dòng)滑動(dòng)控制是如何通過優(yōu)化在底作業(yè)來有效提高滑動(dòng)鉆進(jìn)ROP的。對43個(gè)水平段的數(shù)據(jù)進(jìn)行了評價(jià)：其中23個(gè)自動(dòng)滑動(dòng)的水平段，20個(gè)人工滑動(dòng)的水平段。所執(zhí)行的自動(dòng)滑動(dòng)控制的水平段沒有定向司鉆在場。重要發(fā)現(xiàn)如下：
Ÿ 自動(dòng)滑動(dòng)控制的井，離底預(yù)滑動(dòng)作業(yè)明顯加快了，平均工具面設(shè)定時(shí)長為2.3min，平均預(yù)滑動(dòng)作業(yè)時(shí)長為10.5min；而人工滑動(dòng)控制的井，兩個(gè)時(shí)長分別為5.1min和13.0min。見圖8水平段滑動(dòng)速度KPI指標(biāo)。這可以歸因于滑動(dòng)處方所做的調(diào)整，這種調(diào)整優(yōu)化了一些離底活動(dòng)，去除了一些不必要的步驟；
Ÿ 而人工滑動(dòng)控制的井在底R(shí)OP要高一些，自動(dòng)滑動(dòng)控制的井預(yù)滑動(dòng)作業(yè)要快一些，這使得自動(dòng)滑動(dòng)控制的滑動(dòng)速度要高一些，即自動(dòng)滑動(dòng)操作的滑動(dòng)速度為29.9ft/hr.，人工滑動(dòng)操作的滑動(dòng)速度則為27.3ft/hr.，見圖8。這清楚地表明，離底活動(dòng)所需時(shí)長的縮短可對整個(gè)作業(yè)產(chǎn)生顯著的積極影響。
Ÿ 通過滑動(dòng)評分和工具面分布得出，在所分析的井中，滑動(dòng)精度略有改善，見圖9水平段滑動(dòng)精度KPI指標(biāo)。而水平段作業(yè)自動(dòng)與人工滑動(dòng)控制之間的差異最大，這些自動(dòng)滑動(dòng)精度指標(biāo)足以實(shí)現(xiàn)定向目標(biāo)；
圖8
圖9
從水平段獲得的結(jié)果可以清楚地捕捉到，離底預(yù)滑動(dòng)作業(yè)對滑動(dòng)執(zhí)行速度的影響可能要比在底的鉆進(jìn)表現(xiàn)要大得多。盡管在底滑動(dòng)的ROP減少了15%，但由于預(yù)滑動(dòng)時(shí)長的縮短，所完成的自動(dòng)滑動(dòng)要比人工滑動(dòng)的成本更低一些，相對而言，滑動(dòng)速度更高了。對每次滑動(dòng)和總滑動(dòng)時(shí)長的RtR/StR小時(shí)數(shù)的評價(jià)量化了這一效益：自動(dòng)滑動(dòng)控制的井執(zhí)行滑動(dòng)的速度要比人工滑動(dòng)控制的井平均快了大約4小時(shí)。
表3：每次滑動(dòng)的RtR和總的滑動(dòng)時(shí)長
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自動(dòng) |
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人工 |
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每次滑動(dòng)的RtR/StR（hrs） |
0.58 |
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0.68 |
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平均滑動(dòng)次數(shù) |
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39 |
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總的滑動(dòng)時(shí)長（hrs） |
22.6 |
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26.5 |
如同造斜段或曲線段，對于自動(dòng)滑動(dòng)系統(tǒng)來說，最大的剩余挑戰(zhàn)是：在保持工具面控制足夠精準(zhǔn)的同時(shí)提高在底滑動(dòng)鉆進(jìn)的ROP。
結(jié)論
本文介紹了一種自動(dòng)滑動(dòng)鉆井方法，該方法目前已在美國多個(gè)陸上盆地部署使用，主要結(jié)論如下：
1. 該自動(dòng)滑動(dòng)系統(tǒng)是一項(xiàng)在不犧牲鉆井績效指標(biāo)前提下可遠(yuǎn)程執(zhí)行、可縮減員工和無人工操控定向鉆井作業(yè)的關(guān)鍵技術(shù)；
2. 滑動(dòng)速度KPI指標(biāo)：在與在底R(shí)OP相比較時(shí)，每次滑動(dòng)的RtR/StR時(shí)長和滑動(dòng)速度KPI指標(biāo)提供了一種更加全面的評價(jià)一次滑動(dòng)真實(shí)“成本”的方法。這些指標(biāo)的衡量可對那些受自動(dòng)化影響更直接的活動(dòng)或作業(yè)進(jìn)行評判，可用來評價(jià)自動(dòng)滑動(dòng)和人工滑動(dòng)的真實(shí)績效；
3. 滑動(dòng)精度KPI指標(biāo)：從滑動(dòng)評分、工具面分布和廢進(jìn)尺這三個(gè)方面描述了如何以期望的工具面方向有效執(zhí)行一次滑動(dòng)。這些指標(biāo)可用來促進(jìn)該系統(tǒng)現(xiàn)場作業(yè)的優(yōu)化與配置，以及新功能的開發(fā)與實(shí)踐；
4. 23口自動(dòng)滑動(dòng)控制和21口人工滑動(dòng)控制的井對比結(jié)果表明，該自動(dòng)滑動(dòng)系統(tǒng)能以與人工滑動(dòng)KPI指標(biāo)保持基本一致的水平執(zhí)行或完成滑動(dòng)作業(yè)；
5. 滑動(dòng)速度：該自動(dòng)滑動(dòng)系統(tǒng)在垂直段和水平段能提供更高的滑動(dòng)速度。造斜段／曲線段的滑動(dòng)速度不進(jìn)行計(jì)算，但相比人工滑動(dòng)控制，自動(dòng)滑動(dòng)系統(tǒng)造斜段在底滑動(dòng)鉆進(jìn)的ROP略低一些；
6. 滑動(dòng)精度：該自動(dòng)滑動(dòng)系統(tǒng)在垂直段和造斜段可提供與人工滑動(dòng)相當(dāng)?shù)墓ぞ呙婵刂疲蕉蔚幕瑒?dòng)精度略差于人工滑動(dòng)控制。
（文章選自2019年4月美國鉆井工程師協(xié)會(huì)）
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