控壓鉆井技術(shù)新進(jìn)展
時(shí)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(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)、 開 發(fā)、 測 試、 現(xiàn)場試驗(yàn)及商業(yè)化應(yīng)用。為了支持公司鉆井策略和提出的鹽層下油田具體發(fā)展規(guī)劃,巴西石油公司于 2013年組織發(fā)起“鉆探井漏多發(fā)地帶”行動(dòng)。其由大量海上鉆井裝置轉(zhuǎn)變?yōu)榕鋫?MPD 裝置。這個(gè)行動(dòng)是企業(yè)降低成本項(xiàng)目即 PRC-Poço 的一部分,在三年期間,15 座鉆探平臺轉(zhuǎn)變?yōu)榕鋫?MPD 的鉆井裝置,且對鉆井平臺的正常運(yùn)行影響較少。國際鉆井承包商協(xié)會欠平衡作業(yè)和控制壓力委員會認(rèn)為,控制壓力鉆井是適應(yīng)鉆井過程,用于精準(zhǔn)控制整個(gè)井筒環(huán)空壓力分布曲線。目標(biāo)是確定井下壓力環(huán)境極限和控制相應(yīng)的環(huán)空壓力分布曲線。控制壓 力 鉆 井(MPD) 技 術(shù) 的 目 的 是避免儲層流體持續(xù)流入表面區(qū)域。使用一種合適的工藝,任何對操作產(chǎn)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(shù):表面反壓力(SBP)、壓力泥漿帽鉆井(PMCD)技術(shù)、浮動(dòng)泥漿帽鉆井(FMCD)。具體應(yīng)用取決于鉆井的要求和條件。
巴西石油公司不忽視公司規(guī)則確定的安全原則來降低成本,建立PRC-Poço 項(xiàng)目。該項(xiàng)目以常規(guī)鉆井技術(shù)不被推薦使用的井為目標(biāo),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(dǎo)致非生產(chǎn)時(shí)間(NPT)嚴(yán)重井漏問題的井。安裝MPD后, 許多復(fù)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(shù)鉆探了 20 口深水油井,證明了 MPD 系統(tǒng)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(gè)鉆井承包商的15 座鉆井平臺將轉(zhuǎn)變?yōu)榕鋫?MPD鉆井裝置。自 2013 年以來,根據(jù)需求變化,原本 MPD 裝備平臺數(shù)增加了,為巴西石油公司分配 MPD設(shè)備提供了靈活性。要克服的挑戰(zhàn)之一是調(diào)整改變?yōu)榕鋫?MPD 鉆井平臺數(shù)量與應(yīng)用MPD 技術(shù)候選井?dāng)?shù)量。解決方案是將井分為兩大類:強(qiáng)制要求 MPD的井和建議使用 MPD 的井。根據(jù)相關(guān)井和預(yù)測井可能出現(xiàn)井漏的統(tǒng)計(jì)模型,強(qiáng)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(guān);而建議使用 MPD井與可能發(fā)生較小井漏問題和鉆井位置信息較少的探井有關(guān)。配備 MPD 鉆井平臺定制需要大量平臺改裝和一組適當(dāng)設(shè)備,使操作變?yōu)榭赡?。設(shè)備可以劃分為地面設(shè)備和井下設(shè)備,這兩類設(shè)備各自面臨不同的挑戰(zhàn)。
部分地面設(shè)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(gè)平臺都有其特殊性,但巴西石油國家公司開發(fā)了安全運(yùn)行最低要求的通用標(biāo)準(zhǔn)。該控壓鉆井系統(tǒng)的重要特征包括:盡管旋轉(zhuǎn)控制設(shè)備(RCD)和立管設(shè)備限于 2kpsi 的條件,但是整套地面設(shè)備設(shè)計(jì)應(yīng)用于 5kpsi 環(huán)境中,預(yù)計(jì)未來會被改進(jìn);所有組合都有冗余允許出現(xiàn)故障時(shí)繼續(xù)操作;該系統(tǒng)允許利用泥漿補(bǔ)給罐連續(xù)監(jiān)測軸承組件密封;允許 PMCD操作利用泵送液體通過環(huán)形空間;該系統(tǒng)允許組合去泥漿氣體分離器(聯(lián)鎖閥);PRV 用于管道保護(hù)。井下設(shè)備為了進(jìn)行 MPD 操作,部分設(shè)備必需附加鉆井立管,目的在于將井轉(zhuǎn)移,應(yīng)用 MPD 系統(tǒng),這些改造必須保持立管輔助線管功能。
最初的方法是調(diào)整常規(guī)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(chǎn)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(guī)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(zhuǎn)變。這個(gè)方法具有在短時(shí)間內(nèi)交付的優(yōu)勢。然而,它的劣勢表現(xiàn)為配置總重和運(yùn)行 MPD 立管組的總時(shí)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(shè)備,包括 MPD 管組,到運(yùn)營商供應(yīng)的 MPD 管組。MPD 管則是MPD 操作的核心,巴西石油公司認(rèn)為運(yùn)營商需解決的問題是鉆井設(shè)備。
實(shí)踐表明, 其余設(shè)備包括 RCD 在內(nèi),應(yīng)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(dǎo)行業(yè)把 MPD 作為一種常見工具。配備 MPD 鉆井平臺在續(xù)訂合約或簽署新合同時(shí)是理想的選擇。至少在短時(shí)間內(nèi)安裝 MPD管組在不久的將來會達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。工藝過程適應(yīng)操作MPD 鉆井平臺巴西國家石油公司的經(jīng)驗(yàn)顯示,完成常規(guī)鉆井裝置轉(zhuǎn)變?yōu)榕鋫?MPD裝置需要 18 到 24 個(gè)月的時(shí)間。主要原因是配備 MPD 鉆井裝置在市場中是有區(qū)別的,它為鉆井團(tuán)隊(duì)決定使用何種技術(shù)提供了選擇性。鉆井平臺轉(zhuǎn)變之前需要做大量的工作,如技術(shù)參數(shù)、 P&ID 定義、 平臺勘測、工場(接口矩陣)、詳細(xì)描述項(xiàng)目;后續(xù)活動(dòng)包括行動(dòng)跟蹤器、工程程序、 FAT 和 SIT、險(xiǎn)源分析 / 危險(xiǎn)與可行性研究(Hazid/Hazop)、培訓(xùn)、操作。專用分組在平臺轉(zhuǎn)變中工作,在項(xiàng)目所有階段是一個(gè)關(guān)鍵部分,從與鉆井承包商續(xù)約到每個(gè)平臺首次操作結(jié)束。這可以確保鉆井現(xiàn)場的工序連接和執(zhí)行操作。經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)在項(xiàng)目實(shí)施過程中,可以了解與鉆探裝置準(zhǔn)備和執(zhí)行 MPD 操作的一些經(jīng)驗(yàn),主要有兩方面:一是與流量計(jì)定位相關(guān)的經(jīng)驗(yàn)。巴西石油公司遇到了利用 SBP 低流量流速科里奧利讀數(shù)相關(guān)的問題。在陸上設(shè)施進(jìn)行現(xiàn)場測試之后,出現(xiàn)故障與通過計(jì)量器的流動(dòng)型態(tài)相關(guān)。
游離氣體 / 空氣和壓力 / 靜壓頭造成空化影響流量計(jì)讀數(shù)。這可能有三種解決方案:1)安裝一個(gè)手動(dòng)驅(qū)動(dòng)閥或流量計(jì)壓力定點(diǎn)下游閥,維持計(jì)量最低壓力;2)在流線視圖下方放置流量計(jì)撬塊;3)放置流量計(jì)撬塊于 MPD 管組上游,以至于科里奧利一直在應(yīng)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(dāng)利用液壓欠平衡泥漿鉆井時(shí),防噴器測試必須利用相當(dāng)于 SBP 的井口壓力來執(zhí)行。巴西國家石油公司在進(jìn)行防噴器測試上有三個(gè)解決方案:1)使用 RAM 測試;2)開發(fā)工序利用立管中的壓力做測試;3)調(diào)整測試接頭以利用下方井口壓力密封。未來挑戰(zhàn)MPD 在巴西國家石油公司作業(yè)中已成為現(xiàn)實(shí)。目前為止,所進(jìn)行的一切操作都證實(shí)了利用該技術(shù)已成必然,并將在石油工業(yè)中變得越來越普遍。對于操作,該行業(yè)應(yīng)該增加設(shè)備的可靠性,更新軟件,以使整個(gè)工藝過程更安全、更廉價(jià)。