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一種自動檢測應(yīng)用程序幫助北海一個(gè)成熟油田的作業(yè)者在鉆多分支井時(shí)早期識別細(xì)脈，這些井穿過含有分散在低無側(cè)限抗壓強(qiáng)度砂巖地層中的硬方解石細(xì)脈的儲層段。該應(yīng)用程序指導(dǎo)鉆井決策，最大限度地減少不可見的損失時(shí)間，并縮短到達(dá)目標(biāo)深度的時(shí)間。水平鉆井經(jīng)過幾十年 的 發(fā) 展， 已 成為成熟產(chǎn)油區(qū)一種值得信賴的建井技術(shù)。然而，在復(fù)雜的鉆井地質(zhì)環(huán)境中仍存在許多挑戰(zhàn)。當(dāng)鉆頭在砂巖等較軟地層中遇到硬夾層時(shí)，就會出現(xiàn)一個(gè)具有挑戰(zhàn)性的鉆井場景。在從地層移動到長柱的過程中，巖石力學(xué)的突然變化通常會導(dǎo)致鉆頭偏轉(zhuǎn)和井眼軌跡的偏移 ( 稱為狗腿 )。狗腿導(dǎo)致的快速定向變化會使鉆井組合偏離計(jì)劃路徑，有時(shí)甚至?xí)x目標(biāo)儲層，從而降低鉆井效率。狗腿產(chǎn)生的靜載荷會損壞底部鉆具組合 (BHA)，導(dǎo)致鉆頭過早磨損，縮短鉆頭使用壽命，提高維護(hù)成本，并增加下鉆次數(shù)。彎曲的軌跡也增加了套管或完井管柱卡鉆的風(fēng)險(xiǎn)，這可能會妨礙完井到計(jì)劃目標(biāo)深度。

北海某成熟油田的作業(yè)者在鉆多分支井時(shí)遇到了這樣的挑戰(zhàn)，該井在含硬方解石的儲層段中進(jìn)行鉆井作業(yè)，這些儲層中含有較低無側(cè)限抗壓強(qiáng)度的砂層。該公司的目標(biāo)是通過提高這些段的總鉆速 (ROP) 來降低舉升成本。但是，每個(gè)斜井段的狗腿通常需要回拉，進(jìn)行成本高、耗時(shí)長的擴(kuò)眼作業(yè)，以平順井眼軌跡，并允許鉆井繼續(xù)至井深。平均而言，每鉆 3300 英尺 (1000 米 )，作業(yè)公司在擴(kuò)眼過程中積累了 2.7小時(shí)的無形損失時(shí)間 (ILT)，并顯著降低了總機(jī)械鉆速 (rop)，這兩項(xiàng)措施都使作業(yè)公司每口井的舉升成本高于計(jì)劃。與作業(yè)公司合作，貝克休斯開發(fā)了一種自動長管柱檢測服務(wù)，該服務(wù)可以比以前更早地識別出長管柱，以減少局部狗腿，減少擴(kuò)眼時(shí)間，并有效地按照計(jì)劃交付井眼。開發(fā)預(yù)警 Stringer檢測服務(wù)通 過 操 作 員 的 輸 入， 服 務(wù)提供商開發(fā)了一種自動化服務(wù)，該服務(wù)提供可靠、一致和早期的Stringer 檢測，以指導(dǎo)快速的糾正措施。該服務(wù)包括在先進(jìn)的隨 鉆測量 (MWD) 傳感器短節(jié)中嵌 入一個(gè)自動縱柱探測模塊。該短 節(jié)包含多個(gè)動態(tài)傳感器，可收集 一系列振動和載荷測量數(shù)據(jù)。

檢 測模塊使用基于物理的算法，結(jié) 合了兩種隨鉆測量數(shù)據(jù)——切向 加速度和鉆頭處的動態(tài)扭矩—— 來計(jì)算底部鉆具組合中的高頻扭 轉(zhuǎn)振蕩 (HFTO) 值。 HFTOs 是一種頻率在 50hz 到 450hz 之間的扭轉(zhuǎn)振動，這種 振動只在堅(jiān)硬地層中鉆頭與巖石 相互作用時(shí)發(fā)生。在軟地層向硬 地層過渡過程中，HFTO 響應(yīng)的 顯著變化使其成為鉆井過程中實(shí) 時(shí)探測夾層的領(lǐng)先指標(biāo)。 傳統(tǒng)上用于鉆壓檢測的其他 指標(biāo)，包括鉆壓 (WOB) 和井下 彎矩，都受到井眼軌跡和地面鉆 井參數(shù)變化的影響。因此，這些 參數(shù)在地層和長管柱之間的數(shù)據(jù) 分布經(jīng)常存在重疊 ( 圖 1)。影響 HFTO 的主要參數(shù)切向加速度和 動態(tài)扭矩不受這些變化的影響。從 圖 1 中可以看出，切向加速度分布 在軟硬地層之間有明顯的區(qū)分。 該 算 法 自 動 計(jì) 算 HFTO 振 幅，并與 HFTO 振幅最大閾值進(jìn) 行比較。

如果計(jì)算出的振幅超過 這個(gè)閾值，檢測服務(wù)就會在比特 處識別出一個(gè)字符串。該服務(wù)自動將 HFTO 振幅聚合為 1 位 ( 字 符串 / 無字符串 )，通過低帶寬泥 漿脈沖遙測傳輸?shù)降孛?。這些 1 位數(shù)據(jù)以最佳的時(shí)間間隔發(fā)送到 地面，在那里，它們與其他測量 數(shù)據(jù)一起聚合到鉆井平臺上的專 有自動化鉆井優(yōu)化系統(tǒng)中，以便 進(jìn)行進(jìn)一步的解釋和決策。司鉆 幾乎瞬間就能看到這些相同的串 擾檢測值。 自動化服務(wù)更快的檢測響應(yīng) 是設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)檢測方法的主要區(qū) 別。例如，如果僅僅通過地面參 數(shù)或彎矩來檢測縱梁，則需要幾 分鐘的時(shí)間才能將響應(yīng)記錄到傳 感器短節(jié)中，然后必須將信號發(fā) 送到地面并進(jìn)行分析，然后將通 知發(fā)送給鉆井人員，這將增加更 多的時(shí)間 ( 圖 2)。在此期間， 輕 微的偏斜可能會變成更嚴(yán)重的狗 腿，需要進(jìn)行擴(kuò)眼操作。 自動 stringer 檢測服務(wù)的響 應(yīng)時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)早于傳統(tǒng)診斷信號， 并發(fā)送一個(gè)簡單的、單一的信號 指示字符串。

然后，司鉆向鉆機(jī) 控制系統(tǒng)發(fā)送命令，以更改鉆壓和每分鐘轉(zhuǎn)數(shù) (RPM) 等參數(shù)。這 些變化使得鉆通長管柱的效率更 高，同時(shí)避免過量的局部狗腿增 加 ILT 并限制總鉆速。 早期檢測 Stringer 避免數(shù)小時(shí)的擴(kuò)眼 ILT 作 業(yè) 公 司 在 9 個(gè) 8-1/2-in 的鉆井中部署了新型的 stringer 自動檢測服務(wù)。并將結(jié)果與之前 使用常規(guī)鉆柱檢測方法鉆取的水 平段進(jìn)行了比較 ( 圖 3)。 在第一次未使用該工具的鄰 井水平段鉆井中，每 1000 米的 水 平 段 擴(kuò) 眼 ILT 為 5.14 小 時(shí)。 為了提高鉆井團(tuán)隊(duì)對斜井的意識， 作業(yè)公司對作業(yè)流程進(jìn)行了一些 調(diào)整，這有助于將擴(kuò)眼時(shí)間降低 到平均 2.7 小時(shí) /1000 米。最終， 僅靠工藝改進(jìn)無法獲得進(jìn)一步的 性能提升，后續(xù)水平段的 ILT 值 趨于穩(wěn)定。 在第一次水平井作業(yè)中，自 動化服務(wù)提供了可靠的長縫檢測， 使鉆井團(tuán)隊(duì)能夠根據(jù)預(yù)定的鉆壓 和轉(zhuǎn)速快速實(shí)施長縫鉆井計(jì)劃。 早期的串?dāng)_檢測和糾正措施減少 了狗腿，ILT 顯著下降到 1.06 小 時(shí) /1000 米。 使用該自動化服務(wù)的其他水 平段在 15~ 25 秒內(nèi)就實(shí)現(xiàn)了連 續(xù)的串?dāng)_檢測，僅為傳統(tǒng)指示器 所需時(shí)間的一小部分。使用新服 務(wù)的平均擴(kuò)眼 ILT 下降到 50 分 鐘 /1000 米，與傳統(tǒng)檢測方法相 比減少了 63%。

這意味著使用該 服務(wù)的多分支鉆井平均節(jié)省了半 天的時(shí)間。 為了進(jìn)一步驗(yàn)證自動化服務(wù) 最小化 ILT 的能力，在沒有該服 務(wù)的情況下，又鉆了 3 個(gè)分支井。 這些分支段的 ILT 和擴(kuò)眼時(shí)間顯 著提高，這進(jìn)一步證明了自動化 服務(wù)能夠持續(xù)提高鉆井效率。 圖 3 還顯示了使用自動化服 務(wù)鉆井的水平段平均長度的增加。 雖然 stringer 自動檢測服務(wù)并不 是延長水平段的唯一因素，但早 期的 stringer 檢測可能有助于延 長 BHA 和鉆頭的使用壽命。通 過檢查使用和不使用該服務(wù)鉆進(jìn) 的井段之間的平均水平段長度， 可 以 證 明 這 一 點(diǎn)。 前 9 段 未 使 用自動化服務(wù)的平均水平段長度 為 15138 英 尺 (4614 米 )， 但 在 使用自動長柱探測的 9 段，平均 水平段長度增加到 21,129 英尺 (6440 米 )。 向全自動控制邁進(jìn) 現(xiàn)場試驗(yàn)表明，自動串?dāng)_檢 測服務(wù)始終能夠提供即將出現(xiàn)的 串?dāng)_的早期預(yù)警，并最大限度地 減少了增加 ILT 的昂貴擴(kuò)眼操作。 這一初步的成功正在推動進(jìn)一步 的發(fā)展，有望實(shí)現(xiàn)更快的響應(yīng)， 提高 ROP 和更低的 ILT。 該服務(wù)提供商目前正在開 發(fā)和測試將鉆桿檢測服務(wù)與鉆 井承包商的鉆井自動控制系統(tǒng) (ADCS) 完全集成的流程。該技 術(shù)的發(fā)展將使該服務(wù)從自動化監(jiān) 測和報(bào)警系統(tǒng)轉(zhuǎn)變?yōu)橹笇?dǎo)司鉆作 業(yè)的真正咨詢服務(wù)。該服務(wù)將自 動決定 RPM、流量、WOB 或其 他參數(shù)的變化，以最大化長管柱 鉆井效率，而不是簡單地在鉆遇 長管柱時(shí)通知司鉆。

然后，它將 通過直觀的用戶界面自動向鉆井 團(tuán)隊(duì)提供這些建議的更改。 在不久的將來，stringer 自 動檢測服務(wù)將完全控制鉆井作業(yè)。 目前正在進(jìn)行的測試是基于該服 務(wù)的檢測能力，即通過自動計(jì)算 最優(yōu)參數(shù)變化集，然后將該信息 直接傳輸給 adc，以調(diào)整地面鉆 井參數(shù)，優(yōu)化通過長管柱的鉆井。 司鉆仍將監(jiān)督整個(gè)過程，并根據(jù) 需要檢查數(shù)據(jù)，但更改將通過完 全優(yōu)化的閉環(huán)鉆柱服務(wù)自動完成， 以最大限度地提高作業(yè)效率，同 時(shí)最小化任何潛在的延遲。