不可預測的定向鉆井性能會對鉆井作業(yè)造成嚴重損害，導致成本上升，并可能導致錯過生產。雖然許多定向工程師的工作水平很高，但準確預測鉆頭位置和軌跡的實踐很難掌握，而且人的因素意味著失敗總是有可能的。為了解決這些問題，行業(yè)越來越多地關注于定向鉆井的自動化?？芍貜托院鸵恢滦员徽J為是這些自動化系統(tǒng)價值的基礎。
Patterson-UTI 的 自 動 化技 術 主 管 Marcus Howell 表示 :“在今天的環(huán)境下，一天的鉆井記錄，而第二天卻落后于預期，這是不可接受的。”一旦實現了可預測性，下一步就是確保鉆井質量和準確的井眼位置。“沒有結合最新調查數據分析、準確性和洞察力的自動軟件創(chuàng)新讓自動化定向鉆井贏得用戶信任
譯圖 1：H&P 的鉆頭導向系統(tǒng)是由 Motive 鉆井技術公司獲得的，它使用認知計算來指導定向鉆井過程。該系統(tǒng)集成在該公司的AutoSlide 自動鉆井服務軟件套件中。圖 3：在位于休斯頓的實時作業(yè)中心，專家們監(jiān)督 Hess 在 Bakken 的自動定向鉆井作業(yè)。該公司表示，該中心幫助其實現了定向鉆井作業(yè)的標準化，縮短了鉆井周期，降低了鉆井和完井成本。MarcusHowell 繼續(xù)表示。Patterson-UTI 在 APEX平 臺 上 使 用 Cortex( 一 種 于2020 年商業(yè)化的專有操作系統(tǒng) )來托管各種自動化應用程序，包括來自第三方的應用程序。
例如，自動定向鉆井控制應用利用了 Superior QC 開 發(fā) 的基于云的 FDIR( 故障檢測、隔離和恢復 ) 系統(tǒng)，可以提供實時校正和更精確的井位布置。這減少了彎曲度，最大限度地增加了與目標生產層的接觸。通過使用 Cortex 系統(tǒng)進行邊緣計算，Patterson-UTI 現在可以使用先進的算法來傳輸大量井下數據，并在短時間內進行全范圍的更新。該系統(tǒng)具有多個通信 適 配 器， 可 對 EDR 數 據、 控制系統(tǒng)數據和第三方設備數據進行讀寫。
Howell 先生稱，對于任何有效的自動定向鉆井系統(tǒng)來說，在最短的延遲時間內整理出高質量的數據是必須的。“從我們的系統(tǒng)中收集了大量的數據，但必須以一種有用的方式傳遞這種見解。使用 Cortex，我們可以處理從井筒角度通常被忽略的有價值的鉆井數據。它基本上是以一種新的方式結合這些數據，計算出更精確的 15 英尺處的井眼成型軌跡。這讓我們的運營商客戶能夠做出更明智的商業(yè)決策。”數據管理Helmerich & Payne (H&P)的首席創(chuàng)新官托德·本森表示，數據管理確實是自動化系統(tǒng)發(fā)揮作用的關鍵領域。
大多數定向鉆井的差異是由于不同的定向工程師之間的知識或經驗的差異。通過集中式數據系統(tǒng) ( 可以與客戶船隊中的其他系統(tǒng)連接 )，任何單個決策者對特定鉆井環(huán)境的了解都可以被顯著放大。這消除了差異，確保所有司鉆在相同的最佳水平作業(yè)。Benson 表示 :“在使用井下傳感器時，我們仍然需要處理類似于煙霧信號的速度，以及相當麻煩的滯后時間和距離。”“但自動化系統(tǒng)中的算法基本上可以在傳感器確認之前預測、識別和預期事情的發(fā)生。”這確實是自動化系統(tǒng)的一大優(yōu)勢，無論是作為大型數據集的聚合，還是作為可以挖掘所有這些數據集的東西。”
2017 年，H&P 收 購 了Motive Drilling Technologies，在自動化領域取得了重大進展。Benson 表示，該公司的鉆頭導向系統(tǒng)是業(yè)內首次使用認知計算來指導定向鉆井過程。該系統(tǒng)運行在部署在鉆機上的 1-Div 2 類工業(yè)計算機上，使用標準的 WITS0 協(xié)議接收實時鉆井和軌跡數據。自學習算法從定向監(jiān)測站收集到的傳感器數據，或與井徑測量深度相對應的參考點，創(chuàng)建并分析數百萬種潛在的轉向方案。該系統(tǒng)根據鉆井時間、彎曲度風險和未來生產潛力來評估每條路徑。然后，它將這些評估結果提交給司鉆，司鉆可以根據從任何連接設備接收到的優(yōu)化指令進行操作。Motive 系統(tǒng)是 H&P 公司的AutoSlide 的一部分，AutoSlide是一套鉆井服務，可自動控制地面設備和導向泥漿馬達，以優(yōu)化斜井和水平井鉆井中的滑動。該公司還利用先進的物理模型與 2019 年收購的 DrillScan 進行合作，以便更好地了解鉆柱力學和井筒完整性。
最終，這些模型有望成為H&P綜合系統(tǒng)的基礎，該系統(tǒng)將集成自動定向鉆井應用程序和自動地質導向應用程序。遠程中心數 據 可 視 化 和 分 析 是Patterson-UTI 位 于 休 斯 頓 的PTEN+ 性能中心的核心，這是一個專門用于鉆機監(jiān)測和分析的中央指揮單位。該中心于 2018 年啟動，可用于 Patterson 的所有鉆機。該公司由鉆井優(yōu)化工程師、壓力泵送分析師和定向鉆井專家組成，他們遠程監(jiān)控作業(yè)，為工具設置、故障排除和服務一致性提供支持。
howell 將該中心描述為一個控制環(huán)境，旨在推動內部性能，并將自動化系統(tǒng)的優(yōu)勢與該領域人員的優(yōu)勢結合起來。該公司的性能優(yōu)化團隊使用性能中心的工程師與辦公室和現場客戶進行的分析，并在多個鉆機上分享經驗教訓。howell 表示 :“數據是我們中心的核心。”他指出，運營商客戶可以訪問 Patterson-UTI 的可視化數據儀表盤。“在顯示控制系統(tǒng)數據方面，我們有一個很大的優(yōu)勢，這也是很多運營商現在都想涉足的領域。我們運行在任何給定的部分，他們想知道參數，想要更多的透明度，他們可以看到司鉆所能看到的，我們想給他們更多。”
2020 年，Patterson-UTI 還將其基于云的 HiFi Nav 井筒布置服務商業(yè)化，該服務可以自動將數據從井場傳輸到性能中心。它利用算法來提高水平和垂直鉆井過程中對井筒位置的了解，并實時減少地質不確定性。今年，該公司正在實地測試其基于云的 HiFi 制導技術，該技術利用 HiFi Nav 井筒布置服務產生的輸出和地質導向目標的變化來計算導向決策。其結果將是確保井筒保持在產層內，并保持最佳的機械鉆速范圍。在行業(yè)中，表演中心并不是一個新奇的概念。2015 年，Hess在休斯頓開設了實時作業(yè)中心，實施了自動定向軟件引導系統(tǒng)，以幫助改善電機滑動鉆井。該中心負責 Bakken 鉆井的大部分工作，支持多達 6 個鉆井平臺。
由于 Bakken 鉆機數量的下降和變化，實時中心的規(guī)模與活動水平一致，目前支持兩個鉆機。Hess 目前在該中心保留了兩名定向鉆井人員，鉆機上的鉆井人員接管了井場的所有定向鉆井活動。Hess 高 級 鉆 井 顧 問 MattIsbell 表示，通過該中心使用自動化工具對公司在 Bakken 地區(qū)的效率產生了顯著影響。自 2015 年以來，Hess 的井循環(huán)時間提高了37%，自 2018 年以來，其鉆井和完井成本下降了約 20%。雖然自動導航軟件并不是取得這些成就的唯一原因，但伊斯貝爾表示，毫無疑問，它發(fā)揮了不可或缺的作用。
Isbell 表示 :“我們的重點是減少操作變化，而自動定向鉆井在這方面產生了巨大影響。”“通過將我們所有的自動化工具放到一個可配置的軟件中，我們已經能夠鞏固由自動化系統(tǒng)產生的知識體系，并在我們的業(yè)務中始終做出類似的決策。有了這個導向系統(tǒng)，我們可以減少調整井眼軌跡的時間。隨著時間的推移，減少這種變化將推動操作的改進。”云系統(tǒng)Nabors 主 要 利 用 兩 種 技 術平臺為其運營商客戶實現自動定向 鉆 井 :SmartSLIDE， 一 種 自動滑動鉆井的定向控制系統(tǒng)，以及 SmartNAV，一種協(xié)同定向導向系統(tǒng)。
這兩種應用程序是相輔相成的，每一種應用程序都執(zhí)行定向司鉆的不同功能——前者執(zhí)行滑軌，后者執(zhí)行自動定向決策。這兩款應用都與 RigCLOUD集 成，RigCLOUD 是 一 款 數 據可 視 化 軟 件，Nabors 可 以 實 時處理 kpi，并收集 SmartSLIDE系統(tǒng)運行情況的信息，這樣人員就可以修改系統(tǒng)如何針對特定區(qū)域進行調整。“這就像駕駛一輛自動駕駛汽 車，”Nabors 高 級 運 營 經 理Austin Groover 在描述這兩款應用如何協(xié)同工作時說。“你需要 GPS 系統(tǒng)告訴你何時轉彎，何時離開高速公路，以及如何避開即將到來的交通，但你也需要一些真正導航車輛的東西。”
你需要這個系統(tǒng)來加速、減速、轉動輪子和補償路上的積雪。”截 至 2020 年 第 四 季 度， 這兩款應用已在 7 個盆地鉆了超過655 口井。2 0 2 0 年 ， N a b o r s 為Delaware 盆地的一家運營商部署了 SmartNAV 和 SmartSLIDE。挑戰(zhàn)在于如何在保持井眼質量的同時提高鉆井性能，同時為作業(yè)公司的鉆機群提供自動化定向鉆井概念的證明。采用這些自動化解決方案后，轉彎過程中的工具面控制增加了 35%，水平段鉆進時間減少了 14%，比最快的鄰井曲線鉆進速度快了 61%。這些性能的改善使作業(yè)者能夠提前 2.84 天完成目標井眼。
由于此次部署的成功，SmartNAV和 SmartSLIDE 系統(tǒng)目前已在該運營商的鉆機隊伍中得到 100%的使用。對 于 鉆 井 承 包 商 來 說， 自動定向鉆井技術的發(fā)展只會變得更 加 重 要， 因 為 它 是 最 大 化 作業(yè) 人 員 每 天 進 尺 的 關 鍵 因 素。Groover 先生說 :“從我們的角度來看，現在你使用的是自動化系統(tǒng)，你可以相信正在做出的決策是最優(yōu)的，他們考慮到了運營商制定的重要指標。”自動化系統(tǒng)中的人除了一致性和重復性，自動定向鉆井的另一個關鍵優(yōu)勢是減少了對井場人員的需求。
例如，Hess 目 前 在 Bakken 的 作 業(yè) 中每 6 口井只使用 1 名定向工程師，而 5 年 前 每 6 口 井 使 用 12 名 定向工程師。Isbell 先生指出，將這些人員轉移出油田對安全產生了顯著的積極影響，不僅因為減軟件和數字流程時，這給了他們額外的技能。實時中心在這方面扮演著關鍵角色，無論是改進我們用來交付工作的軟件和算法，還是提出新的解決方案的需求。他說 :“鉆井的一些部分很難數字化，對于定向司鉆來說，放棄這種控制是非常困難的。” “從實際意義上說，鉆井平臺總是需要人，因為我們鉆探的巖石的性質不是同質的。自動化系統(tǒng)和算法能夠——也將會——做出真正偉大的事情，但你需要有人監(jiān)督并做出一些最終決定。”Howell 承認，在實施自動化系統(tǒng)方面，組織的認同是行業(yè)面臨的一個挑戰(zhàn)。
在 Patterson-UTI 項 目 中， 他 強 調 了“ 傳 遞信息”的重要性，即定向司鉆仍然是他們公司的重要組成部分。他指出，擁有自己的定向鉆井公司——MS directional( 于 2017年收購 )——可以在內部建立自動化系統(tǒng)，并進行跨學科的協(xié)作。這種靈活性使該公司更容易獲得買入。Howell 表示 :“我們努力確保我們的員工知道有一個適合他們的地方，即使不是在當地。”“當我們使用應用程序時，我們會讓員工進來，詢問他們的意見。在一天結束的時候，他們是每天使用這個系統(tǒng)的人。定向工程師需要充分了解系統(tǒng)的工作原理。今天的定向鉆井不能完全考慮人的因素，但我們可以擴大人員的能力，并在更關鍵的業(yè)務方面更好地利用他們的技能。”
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