Измерение при бурении

Буровая установка используется для создания ствола скважины или хорошо (также называемый ствол скважины) в подпункте земной поверхности, например , для того , чтобы извлечь природные ресурсы , такие как газ или нефть. Во время такого бурения данные собираются с датчиков буровой установки для различных целей, таких как: поддержка принятия решений для контроля и управления плавным ходом бурения; делать подробные записи (или каротаж) геологических формаций, вскрытых скважиной; для генерации эксплуатационной статистики и контрольных показателей производительности, позволяющих выявить улучшения, а также для предоставления специалистам по планированию скважин точных исторических данных об эксплуатационных характеристиках, с помощью которых можно выполнять статистический анализ рисков для будущих операций на скважинах. Условия измерения при бурении (MWD) , икаротаж во время бурения (LWD) не всегда используются в отрасли. Хотя эти термины связаны, в контексте этого раздела термин MWD относится к измерениям наклонно-направленного бурения, например, для поддержки принятия решений по траектории ствола скважины (наклон и азимут), в то время как LWD относится к измерениям, касающимся геологических формаций, вскрытых во время бурения. . ^[1]

История [ править ]

Первые попытки обеспечить MWD и LWD относятся к 1920-м годам, а до Второй мировой войны попытки были предприняты с помощью гидроимпульсов, проводных труб, акустики и электромагнетизма. Компания JJ Arps произвела работающую систему направленности и сопротивления в 1960-х годах. ^[2]Конкурирующая работа, поддерживаемая Mobil, Standard Oil и другими в конце 1960-х - начале 1970-х годов, привела к появлению множества жизнеспособных систем к началу 1970-х, с MWD Teleco Oilfield Services, систем от Schlumberger (Mobil) Halliburton и BakerHughes. Однако главным толчком к развитию стало решение Норвежского нефтяного управления о проведении инклинометрии скважин на шельфе Норвегии каждые 100 метров. Это решение создало среду, в которой технология MWD имела экономическое преимущество перед обычными механическими устройствами TOTCO и привело к быстрым разработкам, включая LWD, для добавления гамма-излучения и удельного сопротивления к началу 1980-х годов. ^{[3] [4] [5]}

Измерение [ править ]

MWD обычно касается измерения наклона ствола скважины (ствола) от вертикали, а также магнитного направления от севера. Используя базовую тригонометрию, можно построить трехмерный график траектории колодца. ^{[ необходима цитата ]}По сути, оператор MWD измеряет траекторию скважины по мере ее бурения (например, обновления данных поступают и обрабатываются каждые несколько секунд или быстрее). Эта информация затем используется для бурения в заранее запланированном направлении пласта, содержащего нефть, газ, воду или конденсат. Можно также провести дополнительные измерения естественного гамма-излучения горной породы; это помогает в целом определить, какой тип горной породы бурится, что, в свою очередь, помогает подтвердить местоположение ствола скважины в реальном времени относительно наличия различных типов известных пластов (путем сравнения с существующими сейсмическими данными). ^{[ необходима цитата ]}

Производятся измерения плотности и пористости, давления горных флюидов и другие измерения, некоторые с использованием радиоактивных источников, некоторые с использованием звука, некоторые с использованием электричества и т.д .; затем это можно использовать для расчета того, насколько свободно нефть и другие флюиды могут течь через пласт, а также объема углеводородов, присутствующих в породе, и, вместе с другими данными, стоимости всего коллектора и запасов коллектора. ^{[ необходима цитата ]}

Скважинный инструмент MWD также имеет «верхнюю часть» по сравнению с компоновкой низа бурильной колонны, что позволяет вести ствол скважины в выбранном направлении в трехмерном пространстве, известном как направленное бурение . Бурильщики наклонно-направленного бурения полагаются на получение точных, проверенных на качество данных от оператора MWD, чтобы они могли безопасно удерживать скважину на запланированной траектории. ^{[ необходима цитата ]}

Измерения направленной съемки производятся тремя ортогонально установленными акселерометрами для измерения наклона и тремя ортогонально установленными магнитометрами, которые измеряют направление (азимут). Гироскопические инструменты могут использоваться для измерения азимута, когда разведка измеряется в месте с разрушающими внешними магнитными воздействиями, например, внутри «обсадной колонны», где отверстие закрыто стальными трубами (трубками). Эти датчики, а также любые дополнительные датчики для измерения плотности горных пород, пористости, давления или других данных, физически и в цифровом виде подключены к логическому блоку, который преобразует информацию в двоичные цифры, которые затем передаются на поверхность с помощью "гидроимпульса". телеметрия »(MPT, система передачи двоичного кодирования, используемая с жидкостями, например, комбинаторное, манчестерское кодирование, расщепленная фаза и другие).^{[ необходима цитата ]}

Это осуществляется с помощью скважинного «пульсатора», который изменяет давление бурового раствора (раствора) внутри бурильной колонны в соответствии с выбранным MPT: эти колебания давления декодируются и отображаются на компьютерах наземных систем в виде волн; выходы напряжения с датчиков (необработанные данные); конкретные измерения силы тяжести или направления от магнитного севера или в других формах, таких как звуковые волны, ядерные волновые формы и т. д. ^{[ необходима цитата ]}

Датчики давления на поверхности (бурового раствора) измеряют эти колебания (импульсы) давления и передают аналоговый сигнал напряжения на наземные компьютеры, которые оцифровывают сигнал. Прерывистые частоты отфильтровываются, и сигнал декодируется обратно в исходную форму данных. Например, колебание давления 20 фунтов на квадратный дюйм (или менее) может быть «выбрано» из общего давления в системе бурового раствора 3500 фунтов на квадратный дюйм или более. ^{[ необходима цитата ]}

Электрическая и механическая энергия в скважине обеспечивается скважинными турбинными системами, которые используют энергию потока «бурового раствора», аккумуляторными блоками (литиевыми) или их комбинацией. ^{[ необходима цитата ]}

Типы передаваемой информации [ править ]

Информация о направлении [ править ]

Инструменты MWD, как правило, способны выполнять направленные исследования в реальном времени. Инструмент использует акселерометры и магнитометры для измерения наклона и азимута ствола скважины в этом месте, а затем они передают эту информацию на поверхность. С серией опросов; измерения угла наклона, азимута и забоя инструмента через соответствующие интервалы (от каждых 30 футов (т. е. 10 м) до каждых 500 футов) можно рассчитать местоположение ствола скважины. ^{[ необходима цитата ]}

Сама по себе эта информация позволяет операторам доказать, что их скважина не выходит на участки, бурение которых им не разрешено. Однако из-за стоимости систем MWD они обычно не используются на скважинах, которые должны быть вертикальными. Вместо этого скважины обследуются после бурения с использованием многозадачных геодезических инструментов, опускаемых в бурильную колонну на тросе или тросе . ^{[ необходима цитата ]}

В основном съемка в режиме реального времени используется при наклонно-направленном бурении. Чтобы бурильщик наклонно-направленного бурения направил скважину к целевой зоне, он должен знать, куда идет скважина и каковы последствия его усилий по управлению. ^{[ необходима цитата ]}

Инструменты MWD также обычно обеспечивают измерения торца долота для помощи при наклонно-направленном бурении с использованием забойных забойных двигателей с изогнутыми переводниками или изогнутыми корпусами. Для получения дополнительной информации об использовании измерений торца долота см. Направленное бурение . ^{[ необходима цитата ]}

Информация о механике бурения [ править ]

Инструменты MWD также могут предоставить информацию об условиях на буровом долоте. Это может включать:

• Скорость вращения бурильной колонны
• Плавность этого вращения
• Тип и степень любой вибрации в скважине
• Температура в забое
• Крутящий момент и вес на долоте, измеренные рядом со сверлом
• Объем бурового потока

Использование этой информации может позволить оператору бурить скважину более эффективно и гарантировать, что инструмент MWD и любые другие скважинные инструменты, такие как забойный двигатель , роторные управляемые системы и инструменты LWD, работают в соответствии с их техническими спецификациями для предотвращения отказ инструмента. Эта информация также важна для геологов, ответственных за скважинную информацию о пробуренной формации. ^{[ необходима цитата ]}

Свойства формации [ править ]

Многие инструменты MWD сами по себе или в сочетании с отдельными инструментами LWD могут выполнять измерения свойств пласта. На поверхности эти измерения собираются в журнал, аналогичный тому, который получают при каротажных исследованиях на кабеле . ^{[ необходима цитата ]}

Инструменты LWD могут измерять набор геологических характеристик, включая плотность, пористость, удельное сопротивление, акустическую кавернометрию, наклон бурового долота (NBI), магнитный резонанс и пластовое давление. ^[6]

Инструмент MWD позволяет проводить эти измерения и оценивать их во время бурения скважины. Это позволяет выполнять геонавигацию или направленное бурение на основе измеренных свойств пласта, а не просто бурение до заранее установленной цели. ^{[ необходима цитата ]}

Большинство инструментов MWD содержат внутренний датчик гамма-излучения для измерения значений естественного гамма-излучения. Это связано с тем, что эти датчики компактны, недороги, надежны и могут выполнять измерения через немодифицированные утяжеленные бурильные трубы. Для других измерений часто требуются отдельные инструменты LWD, которые связываются с инструментами MWD в скважине через внутренние провода. ^{[ необходима цитата ]}

Измерение во время бурения может быть рентабельным в разведочных скважинах, особенно в районах Мексиканского залива, где скважины бурятся в районах соляных диапиров . Журнал удельного сопротивления обнаруживает проникновение в соль, а раннее обнаружение предотвращает повреждение бентонитовым буровым раствором солью. ^{[ необходима цитата ]}

Способы передачи данных [ править ]

Телеметрия грязевых импульсов [ править ]

Это наиболее распространенный метод передачи данных, используемый инструментами MWD. В скважине приводится в действие клапан, ограничивающий поток бурового раствора (раствора) в соответствии с передаваемой цифровой информацией. Это создает колебания давления, представляющие информацию. Колебания давления распространяются в буровом растворе к поверхности, где они принимаются датчиками давления. На поверхности полученные сигналы давления обрабатываются компьютерами для восстановления информации. Доступны три разновидности технологии: положительный импульс, отрицательный импульс и непрерывная волна . ^[7]

Положительный импульс

Инструменты с положительным импульсом на короткое время закрывают и открывают клапан, чтобы ограничить поток бурового раствора в бурильной трубе. Это приводит к увеличению давления, которое можно увидеть на поверхности. Цифровая информация может быть закодирована в сигнале давления с использованием линейных кодов или импульсно-позиционной модуляции . ^[8]

Отрицательный пульс

Инструменты с отрицательными импульсами на короткое время открывают и закрывают клапан, чтобы выпустить раствор из бурильной трубы в затрубное пространство. Это вызывает снижение давления, которое можно увидеть на поверхности. Цифровая информация может быть закодирована в сигнале давления с использованием линейных кодов или импульсно-позиционной модуляции. ^[9]

Непрерывная волна

Инструменты с непрерывной волной постепенно закрывают и открывают клапан для создания синусоидальных колебаний давления в буровом растворе. Любая схема цифровой модуляции с непрерывной фазой может использоваться для наложения информации на сигнал несущей. Наиболее широко используемой схемой модуляции является непрерывная фазовая модуляция . ^[10]

При использовании бурения на депрессии телеметрия гидроимпульсов может стать непригодной для использования. Обычно это происходит потому, что для уменьшения эквивалентной плотности бурового раствора в буровой раствор вводят сжимаемый газ. Это вызывает сильное затухание сигнала, что резко снижает способность бурового раствора передавать импульсные данные. В этом случае необходимо использовать методы, отличные от телеметрии гидроимпульсов, такие как электромагнитные волны, распространяющиеся через пласт, или телеметрия с проводной бурильной трубой. ^{[ необходима цитата ]}

Современная технология гидроимпульсной телеметрии обеспечивает полосу пропускания до 40 бит / с. ^[11] Скорость передачи данных падает с увеличением длины ствола скважины и обычно составляет 0,5 бит / с ^[12] - 3,0 бит / с. ^[11] (бит в секунду) на глубине 35 000–40 000 футов (10668–12192 м).

Связь между поверхностью и скважиной обычно осуществляется посредством изменения параметров бурения, то есть изменения скорости вращения бурильной колонны или изменения расхода бурового раствора. Внесение изменений в параметры бурения с целью отправки информации может потребовать прерывания процесса бурения, что неблагоприятно, поскольку приводит к непродуктивному времени. ^{[ необходима цитата ]}

Электромагнитная телеметрия [ править ]

Эти инструменты включают в себя электрический изолятор в бурильной колонне, но из-за проблем с получением данных через хороший проводник (соленая вода) этот подход в основном ограничен береговыми участками без неглубоких соленых водоносных горизонтов. Для передачи данных инструмент генерирует измененную разность напряжений между верхней частью (основная бурильная колонна, над изолятором) и нижней частью (буровое долото и другие инструменты, расположенные ниже изолятора инструмента MWD). На поверхности к устью скважины прикреплен трос, который контактирует с бурильной трубой на поверхности. Второй провод прикреплен к стержню, вбитому в землю на некотором расстоянии. Устье и заземляющий стержень образуют два электрода дипольной антенны. Разница напряжений между двумя электродами - это принимаемый сигнал, который декодируется компьютером. ^{[цитата необходима ]}

Инструмент EM генерирует разность напряжений между секциями бурильной колонны в виде волн очень низкой частоты (2–12 Гц). Данные накладываются на волны посредством цифровой модуляции . ^{[ необходима цитата ]}

Эта система обычно предлагает скорость передачи данных до 10 бит в секунду. Кроме того, многие из этих инструментов также способны получать данные с поверхности таким же образом, в то время как инструменты на основе гидроимпульсов полагаются на изменения параметров бурения, таких как скорость вращения бурильной колонны или расход бурового раствора, чтобы отправлять информацию с поверхности на скважинные инструменты.

По сравнению с широко используемой гидроимпульсной телеметрией, электромагнитная импульсная телеметрия более эффективна в особых ситуациях на суше, таких как бурение на депрессии или при использовании воздуха в качестве бурового раствора. Он способен передавать данные быстрее при малых глубинах бурения на суше. Однако при бурении исключительно глубоких скважин он обычно не работает, и сигнал может быстро терять силу в определенных типах пластов, становясь необнаружимым только на глубине нескольких тысяч футов. ^{[ необходима цитата ]}

Бурильная труба с проводом [ править ]

Несколько нефтесервисных компаний в настоящее время разрабатывают системы проводных бурильных труб, хотя проводные системы испытывались в течение многих десятилетий, а в России система использовалась в 1960-х годах. В этих системах используются электрические провода, встроенные в каждый компонент бурильной колонны, по которым электрические сигналы передаются непосредственно на поверхность. Эти системы обещают скорость передачи данных на несколько порядков выше, чем что-либо возможное с помощью гидроимпульсной или электромагнитной телеметрии, как от скважинного инструмента к поверхности, так и от поверхности к скважинному инструменту. IntelliServ ^[13]проводная трубопроводная сеть, обеспечивающая скорость передачи данных выше 1 мегабита в секунду, стала коммерческой в ​​2006 году. Представители BP America, StatoilHydro, Baker Hughes INTEQ и Schlumberger представили три истории успеха использования этой системы, как на суше, так и на море, на конференции SPE в марте 2008 года. / Конференция IADC по бурению в Орландо, Флорида. ^[14] Стоимость бурильной колонны и сложность развертывания делают эту технологию нишевой по сравнению с гидроимпульсом.

Извлекаемые инструменты [ править ]

Инструменты MWD могут быть полупостоянно закреплены в утяжеленной бурильной трубе (снимаются только на объектах обслуживания), или они могут быть автономными и извлекаемыми с помощью троса. ^{[ необходима цитата ]}

Извлекаемые инструменты, иногда известные как Slim Tools , можно извлекать и заменять с помощью троса через бурильную колонну. Как правило, это позволяет намного быстрее заменить инструмент в случае отказа, а также позволяет восстановить инструмент, если бурильная колонна застревает. Извлекаемые инструменты должны быть намного меньше, обычно около 2 дюймов или меньше в диаметре, хотя их длина может составлять 20 футов (6,1 м) или более. Небольшой размер необходим для прохождения инструмента через бурильную колонну; однако это также ограничивает возможности инструмента. Например, тонкие инструменты не могут отправлять данные с той же скоростью, что и инструменты, установленные на ошейнике, и они также более ограничены в своей способности связываться с другими инструментами LWD и подавать на них электроэнергию. ^{[ необходима цитата]}

Установленные на воротник инструменты, также известные как толстые инструменты , обычно не могут быть сняты с их утяжеленной бурильной трубы на буровой площадке. Если инструмент выходит из строя, всю бурильную колонну необходимо вытащить из отверстия, чтобы заменить ее. Однако без необходимости проходить через бурильную колонну инструмент может быть больше и более производительным. ^{[ необходима цитата ]}

Часто бывает полезна возможность получить инструмент по тросу. Например, если бурильная колонна застревает в скважине, извлечение инструмента с помощью троса позволит сэкономить значительную сумму денег по сравнению с тем, чтобы оставить его в скважине с застрявшей частью бурильной колонны. Однако у этого процесса есть некоторые ограничения. ^{[ необходима цитата ]}

Ограничения [ править ]

Извлечение инструмента с помощью троса не обязательно быстрее, чем извлечение инструмента из отверстия. Например, если инструмент выходит из строя на глубине 1500 футов (460 м) во время бурения тройной буровой установкой (способной споткнуть 3 стыка трубы или около 90 футов (30 м) футов за раз), то обычно это будет быстрее. чтобы вытащить инструмент из скважины, чем при установке троса и извлечении инструмента, особенно если блок троса необходимо транспортировать к буровой установке. ^{[ необходима цитата ]}

Извлечение по проводам также представляет дополнительный риск. Если инструмент отсоединится от троса, он упадет обратно по бурильной колонне. Это обычно приводит к серьезным повреждениям инструмента и компонентов бурильной колонны, в которые он устанавливается, и требует извлечения бурильной колонны из скважины для замены вышедших из строя компонентов; это приводит к большей общей стоимости, чем вытаскивание из отверстия в первую очередь. Канатная передача также может не защелкнуться на инструменте или, в случае серьезной поломки, может вывести на поверхность только часть инструмента. Это потребует извлечения бурильной колонны из скважины для замены вышедших из строя компонентов, что сделает работу на кабеле пустой тратой времени. ^{[ необходима цитата ]}

Некоторые разработчики инструментов взяли извлекаемую конструкцию «тонкого инструмента» и применили ее к неизвлекаемому инструменту. В этом случае MWD сохраняет все ограничения тонкой конструкции инструмента (низкая скорость, способность заклинивать частицы пыли, низкая устойчивость к ударам и вибрации) без каких-либо преимуществ. Любопытно, что у этих инструментов все еще есть наконечник для каната, несмотря на то, что они поднимаются и перемещаются с помощью пластины.

Ссылки [ править ]

Библиография [ править ]

• Митчелл, Билл (1995). Справочник по передовым технологиям бурения нефтяных скважин (10-е изд.). Лейквуд, Колорадо: Mitchell Engineering. ASIN  B0006RMYTW . OCLC  46870163 .

См. Также [ править ]

• Геонавигация

Внешние ссылки [ править ]

• СМИ, связанные с измерениями во время бурения на Викискладе?