鉆井新工藝 ——閉環(huán)鉆井技術(shù)
時(shí)間:2018-10-11 14:24
來源:
作者:songxinyuan
閉環(huán)鉆井技術(shù)(Closed-Loop Drilling) 在 工藝安全和成本節(jié)約方面具有明顯優(yōu)勢;在低油價(jià)時(shí)代,最大限度地發(fā)揮了優(yōu)勢, 實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)井控和有效削減成本???壓 鉆 井(Managed PressureDrilling)常被認(rèn)為是最終能使石油公司實(shí)現(xiàn)其目標(biāo)的有效方法,其成本節(jié)約來自于一開始就將控壓鉆井和集成鉆進(jìn)于一體的設(shè)計(jì)。
控壓鉆井在閉環(huán)鉆井中的應(yīng)用
對于控壓鉆井設(shè)備來說,雖然美國陸上鉆井市場已采用旋轉(zhuǎn)控制裝置作為標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備,但在墨西哥灣的近海,許多最具挑戰(zhàn)的井正逐漸采用這項(xiàng)技術(shù),但速度一直很緩慢。然而,在世界其它地區(qū),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(huán)境、以及安哥拉的環(huán)境,浮動(dòng)式鉆機(jī)采用控壓鉆井技術(shù)已變得更加普及。
陸上鉆井的經(jīng)驗(yàn)可以安全轉(zhuǎn)移至海上固定式鉆機(jī)地面防噴器的作業(yè)中,如自升式鉆機(jī)、張力腿鉆機(jī)和其它固定式鉆井平臺(tái),海上鉆井的優(yōu)勢是鉆機(jī)移動(dòng)比陸上作業(yè)簡單得多,因此整個(gè)控壓鉆井作業(yè)復(fù)雜的管線布局可以保留在原位。出于安全和環(huán)境的原因,最重要的應(yīng)用是海底防噴器作業(yè),研究人員查閱了大量井控?cái)?shù)據(jù)庫,其中包括了世界上大多數(shù)浮動(dòng)式鉆機(jī)鉆的井,從中得到了一些寶貴的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)。
首先,這些鉆井平臺(tái)實(shí)際發(fā)生的井控事件非常少,由于作業(yè)謹(jǐn)慎、訓(xùn)練有素和井控意識(shí)強(qiáng),海上作業(yè)人員通常比陸上鉆井作業(yè)人員更不愿冒險(xiǎn)和承擔(dān)風(fēng)險(xiǎn),海上鉆井因井控事件導(dǎo)致防噴器關(guān)井的操作差不多每 18~24 個(gè)鉆機(jī)月發(fā)生一次,說到底,這些井控事件只有一半是由真實(shí)的地層流體侵入井筒所引起,相當(dāng)于一部鉆機(jī)每 3~4 年才處理一次真實(shí)的井涌事件。
當(dāng)在這個(gè)數(shù)據(jù)庫中查閱井涌強(qiáng)度和井涌量時(shí),查到的事實(shí)顯示,中等強(qiáng)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(duì)傳統(tǒng)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(shí)應(yīng)當(dāng)如此。不過,井涌強(qiáng)度和井涌量的整個(gè)數(shù)據(jù)集描繪出一個(gè)令人擔(dān)憂的情景,有相當(dāng)數(shù)量的、地層流體密度在每加侖幾磅或高達(dá)5.3 磅(0.64g/cm 3 )的井涌強(qiáng)度,以及曾經(jīng)發(fā)生過的三位數(shù)桶(最高達(dá) 250 桶, 約 40m 3 ) 的 井 涌 量,這些數(shù)據(jù)表明,孔隙壓力預(yù)測和常規(guī)壓力控制存在嚴(yán)重的局限,只是在關(guān)閉防噴器、讀到穩(wěn)定的立管壓力后才采取井控措施,在此之前,一切都是估計(jì)和假設(shè)。
如果滲透率非常低,可能會(huì)無意中鉆入壓力梯度超出套管設(shè)計(jì)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(huán)鉆井能為這兩個(gè)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(fēng)險(xiǎn)可以通過一種全控壓鉆井系統(tǒng)其中一個(gè)更有趣的功能來緩解。全控壓鉆井系統(tǒng)是一種實(shí)時(shí)的、無需中斷鉆井進(jìn)程的、用以確定裸眼段實(shí)際孔隙壓力和實(shí)際地層強(qiáng)度的有效方法,可以自動(dòng)和按要求的頻次執(zhí)行鉆井作業(yè)或鉆井進(jìn)程,可以繪制一個(gè)服務(wù)于整個(gè)預(yù)鉆井段真實(shí)壓力窗口的完整圖示,避免意外或預(yù)想不到的孔隙壓力出現(xiàn),系統(tǒng)還能為套管下深提供優(yōu)化。 此外,這些數(shù)據(jù)為鉆井工程師、油藏工程師和地質(zhì)學(xué)家?guī)淼膬r(jià)值不可低估,這種方法很可能會(huì)取代依靠電測獲取地層壓力數(shù)據(jù)的傳統(tǒng)做法。
新規(guī)范下的建井表現(xiàn)
真實(shí)的鉆井表現(xiàn)是去除非生產(chǎn)時(shí)間或已記錄到的無形的時(shí)間損失,去除非生產(chǎn)時(shí)間只是一種簡單的缺陷糾正,而不是一種業(yè)績提高,甚至可能不是最優(yōu)先考慮的事項(xiàng),因?yàn)檫^分關(guān)注非生產(chǎn)時(shí)間可能會(huì)導(dǎo)致綜合業(yè)績的退化或變差;無形或看不見的時(shí)間損失這方面的典型例子包括:已鉆井眼的循環(huán)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(jī)械鉆速、為確保隨鉆測量 MWD 數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性限制機(jī)械鉆速、上提鉆具調(diào)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(shè)備等。
成功的關(guān)鍵因素是及時(shí)意識(shí)困難或機(jī)遇,這樣在問題變大之前先解決, 控壓鉆井提供了一個(gè)積極的、可以實(shí)時(shí)調(diào)整的初級(jí)屏障,以減輕地層壓力和地層強(qiáng)度的不確定性,并充分利用其它鉆井機(jī)遇,而不是一個(gè)被意外攻破、需要激活才可能有效的初級(jí)屏障,這種激活的效性遠(yuǎn)不及二級(jí)屏障。新鉆井規(guī)范去二合一,勾畫出最佳方案,首先,控壓鉆井能使鉆井作業(yè)非常接近實(shí)時(shí)確定的壓力窗口,貼近孔隙壓力變化曲線實(shí)施鉆井作業(yè),這能極大地優(yōu)化機(jī)械鉆速;第二,控壓鉆井又能提供不再發(fā)生井涌的可能性。
在控壓鉆井領(lǐng)域,人們知道一個(gè)機(jī)械因素,那就是地層有一個(gè)與其它物體相互碰撞或周期性接單根的有限次數(shù),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(xù)循環(huán),接單根期間通過一個(gè)連續(xù)循環(huán)裝置(下圖所示)保持當(dāng)量循環(huán)密度;顯然第二種方法是一種更高效和更現(xiàn)代的方法。采用一種測定體積的控壓鉆井系統(tǒng),保持一個(gè)穩(wěn)定的流量狀態(tài)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(huán)監(jiān)測起來則很困難;連續(xù)循環(huán)系統(tǒng)本身就開辟了一個(gè)鉆井液設(shè)計(jì)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(shí),另一個(gè)災(zāi)難就是壓差卡鉆,采用控壓鉆井可以很容易避免這種災(zāi)難,控壓鉆井可以暫時(shí)減小回壓, 縮小壓差, 使鉆具脫離險(xiǎn)境,避免卡鉆,恢復(fù)移動(dòng)。
深 水 鉆 井 井 控 事 件 時(shí), 控 壓鉆井的動(dòng)態(tài)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(huì) 造 成 地 層 流 體 不 能通過連續(xù)的正常循環(huán)被排出井眼以及讓氣體在節(jié)流后面膨脹的場景 出 現(xiàn), 這 意 味 著 不 會(huì) 有 更 多 的Bullheading 作業(yè)導(dǎo)致數(shù)周時(shí)間損失,Bullheading 作業(yè)是一種當(dāng)?shù)貙恿黧w涌入井筒的體積量過大、常規(guī)壓井或置換法無法實(shí)現(xiàn)正常壓井、或壓井可能導(dǎo)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(shí)施 Bullheading 作業(yè)需花費(fèi)很長時(shí)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小)的井發(fā)生井涌且環(huán)空充滿巖屑的情況下關(guān)井時(shí),也不會(huì)導(dǎo)致井眼遭受嚴(yán)重?fù)p害或井毀的情形出現(xiàn)。
控壓鉆井系統(tǒng)的另一個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)是固井施工中很有效,在實(shí)施固井作業(yè)期間,考慮到利與弊或得與失,可以對固井進(jìn)程進(jìn)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(shè)計(jì)固井作業(yè),這樣可以更好的替泥漿,提高固井質(zhì)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(xiàn)微環(huán)空,持續(xù)的地層壓力是導(dǎo)致微環(huán)空的一個(gè)主要原因。最后,固完井后再測試負(fù)壓或回流,解除回壓,監(jiān)測流體侵入量就相對簡單多了。