Mätning under borrning

En borrigg används för att skapa ett borrhål eller en brunn (även kallad brunn) i jordens underyta, till exempel för att utvinna naturresurser som gas eller olja. Under sådan borrning inhämtas data från borriggsensorerna för en rad olika syften såsom: beslutsstöd för att övervaka och hantera den smidiga driften av borrningen; att göra detaljerade registreringar (eller brunnslogg) över de geologiska formationer som penetreras av ett borrhål; att generera operationsstatistik och prestandariktmärken så att förbättringar kan identifieras, och att förse brunnplanerare med korrekta historiska operations-prestandadata för att utföra statistisk riskanalys för framtida brunnsoperationer. Termerna mätning under borrning ( MWD ), och loggning under borrning (LWD) används inte konsekvent i hela branschen. Även om dessa termer är relaterade, inom ramen för detta avsnitt, hänvisar termen mätning under borrning till riktningsborrningsmätningar, t.ex. för beslutsstöd för borrhålsbanan, (lutning och azimut) medan LWD avser mätningar avseende de geologiska formationer som penetreras under borrning.

Historia

De första försöken att tillhandahålla MWD och LWD går tillbaka till 1920-talet, och försök gjordes före andra världskriget med lerpuls, trådledning, akustik och elektromagnetik. JJ Arps producerade ett fungerande riktnings- och resistivitetssystem på 1960-talet. Konkurrerande arbete som stöddes av Mobil, Standard Oil och andra i slutet av 1960-talet och början av 1970-talet ledde till flera livskraftiga system i början av 1970-talet, med MWD för Teleco Oilfield Services, system från Schlumberger (Mobil) Halliburton och BakerHughes. Den främsta drivkraften till utvecklingen var dock ett beslut av det norska oljedirektoratet att ge mandat att göra en riktningsundersökning i brunnar utanför Norge var 100:e meter. Detta beslut skapade en miljö där MWD-tekniken hade en ekonomisk fördel jämfört med konventionella mekaniska TOTCO-enheter och ledde till snabba utvecklingar, inklusive LWD, för att lägga till gamma och resistivitet, i början av 1980-talet.

Mått

MWD avser typiskt mätningar av brunnhålets (hålets) lutning från vertikal och även magnetisk riktning från norr. Med hjälp av grundläggande trigonometri kan en tredimensionell kurva över brunnens bana framställas. I huvudsak mäter en MWD-operatör banan för hålet när det borras (till exempel kommer datauppdateringar och bearbetas med några sekunders mellanrum eller snabbare). Denna information används sedan för att borra i en förplanerad riktning in i formationen som innehåller olja, gas, vatten eller kondensat. Ytterligare mätningar kan också göras av naturliga gammastrålningsemissioner från berget; detta hjälper i stort sett att fastställa vilken typ av bergformation som borras, vilket i sin tur hjälper till att bekräfta borrhålets läge i realtid i förhållande till förekomsten av olika typer av kända formationer (genom jämförelse med befintliga seismiska data).

Densitet och porositet, bergvätsketryck och andra mätningar görs, vissa använder radioaktiva källor, vissa använder ljud, vissa använder elektricitet, etc.; detta kan sedan användas för att beräkna hur fritt olja och andra vätskor kan strömma genom formationen, liksom volymen kolväten som finns i berget och, med andra data, värdet av hela reservoaren och reservoarreserverna.

Ett MWD-borrhålsverktyg är också "högsidigt" med bottenhålsborraggregatet, vilket gör det möjligt att styra borrhålet i en vald riktning i 3D-rymden som kallas riktad borrning . Riktningsborrare förlitar sig på att få korrekta, kvalitetstestade data från MWD-operatören för att de ska kunna hålla brunnen säkert på den planerade banan.

Riktningsmätningar görs av tre ortogonalt monterade accelerometrar för att mäta lutningen, och tre ortogonalt monterade magnetometrar som mäter riktning (azimut). Gyroskopiska verktyg kan användas för att mäta azimut där mätningen mäts på en plats med störande yttre magnetiska influenser, inuti "hölje", till exempel, där hålet är fodrat med stålrör (rör). Dessa sensorer, såväl som eventuella ytterligare sensorer för att mäta bergformationens täthet, porositet, tryck eller andra data, är anslutna, fysiskt och digitalt, till en logisk enhet som omvandlar informationen till binära siffror som sedan överförs till ytan med hjälp av "lerpuls" telemetri" (MPT, ett binärt kodande överföringssystem som används med vätskor, såsom kombinatorisk kodning, Manchester-kodning, split-fas, bland annat).

Detta görs genom att använda en "pulser"-enhet i borrhålet som varierar borrvätsketrycket (slam) inuti borrsträngen enligt den valda MPT:en: dessa tryckfluktuationer avkodas och visas på ytsystemdatorerna som vågformer; spänningsutgångar från sensorerna (rådata); specifika mätningar av gravitation eller riktningar från magnetiska norr, eller i andra former, såsom ljudvågor, kärnvågsformer, etc. [

Yttrycksgivare (lera) mäter dessa tryckfluktuationer (pulser) och skickar en analog spänningssignal till ytdatorer som digitaliserar signalen. Störande frekvenser filtreras bort och signalen avkodas tillbaka till sin ursprungliga dataform. Till exempel kan en tryckvariation på 20 psi (eller mindre) "plockas ut" av ett totalt lersystemtryck på 3 500 psi eller mer.

Elektrisk och mekanisk kraft i borrhålet tillhandahålls av turbinsystem i borrhålet, som använder energin från "lera"-flödet, batterienheter (litium) eller en kombination av båda.

Typer av information som överförs

Riktningsinformation

MWD-verktyg är i allmänhet kapabla att ta riktningsmätningar i realtid. Verktyget använder accelerometrar och magnetometrar för att mäta lutningen och azimuten för borrhålet på den platsen, och de överför sedan informationen till ytan. Med en rad undersökningar; mätningar av lutning, azimut och verktygsyta, med lämpliga intervall (var som helst från var 30 fot (dvs. 10 m) till var 500 fot), kan platsen för borrhålet beräknas.

Denna information gör det i sig möjligt för operatörer att bevisa att deras brunn inte korsar in i områden som de inte är auktoriserade att borra. Men på grund av kostnaden för MWD-system används de vanligtvis inte på brunnar som är avsedda att vara vertikala. Istället undersöks brunnarna efter borrning med hjälp av flerskottsmätningsverktyg som sänks ner i borrsträngen på slickline eller wireline .

Den primära användningen av realtidsundersökningar är riktningsborrning. För att riktningsborraren ska kunna styra brunnen mot en målzon måste han veta var brunnen är på väg och vilka effekterna av hans styrinsatser är.

MWD-verktyg tillhandahåller också generellt verktygsyta mätningar för att hjälpa till vid riktningsborrning med användning av slammotorer i borrhålet med böjda subs eller bockade hus. För mer information om användning av verktygsyta mätningar, se Riktad borrning .

Information om borrmekanik

MWD-verktyg kan också ge information om förhållandena vid borrkronan. Detta kan inkludera:

• Borrsträngens rotationshastighet
• Jämnheten i den rotationen
• Typ och svårighetsgrad av eventuella vibrationer i hålet
• Temperatur nere i hålet
• Vridmoment och vikt på borrkronan, mätt nära borrkronan
• Slamflödesvolym

Mud Motors

Användning av denna information kan göra det möjligt för operatören att borra brunnen mer effektivt och att säkerställa att MWD-verktyget och alla andra verktyg i borrhålet, såsom en slammotor, roterande styrbara system och LWD-verktyg, drivs inom sina tekniska specifikationer för att förhindra verktygsfel. Denna information är också värdefull för geologer som ansvarar för brunnsinformationen om formationen som borras.

Formationsegenskaper

Många MWD-verktyg, antingen på egen hand eller i kombination med separata LWD-verktyg, kan göra mätningar av formationsegenskaper. På ytan sätts dessa mätningar ihop till en stock, liknande den som erhålls genom trådloggning .

LWD-verktyg kan mäta en rad geologiska egenskaper inklusive densitet, porositet, resistivitet, akustisk tjocklek, lutning vid borrkronan (NBI), magnetisk resonans och formationstryck.

MWD-verktyget gör att dessa mätningar kan tas och utvärderas medan brunnen borras. Detta gör det möjligt att utföra geostyrning , eller riktad borrning baserat på uppmätta formationsegenskaper, snarare än att bara borra in i ett förinställt mål.

De flesta MWD-verktyg innehåller en intern gammastrålningssensor för att mäta naturliga gammastrålningsvärden. Detta beror på att dessa sensorer är kompakta, billiga, pålitliga och kan göra mätningar genom omodifierade borrkragar. Andra mätningar kräver ofta separata LWD-verktyg, som kommunicerar med MWD-verktygen i borrhålet genom interna ledningar.

Mätning under borrning kan vara kostnadseffektiv i prospekteringsbrunnar, särskilt i områden i Mexikanska golfen där brunnar borras i områden med saltdiapirer . Resistivitetsloggen kommer att upptäcka penetration i salt, och tidig upptäckt förhindrar saltskador på bentonitborrslam.

Dataöverföringsmetoder

Mud-puls telemetri

Detta är den vanligaste metoden för dataöverföring som används av MWD-verktyg. I borrhålet manövreras en ventil för att begränsa flödet av borrvätskan (slam) enligt den digitala information som ska överföras. Detta skapar tryckfluktuationer som representerar informationen. Tryckfluktuationerna fortplantar sig inuti borrvätskan mot ytan där de tas emot från trycksensorer. På ytan bearbetas de mottagna trycksignalerna av datorer för att rekonstruera informationen. Tekniken finns i tre varianter: positiv puls, negativ puls och kontinuerlig våg .

Positiv puls

Verktyg med positiv puls stänger kort och öppnar ventilen för att begränsa slamflödet i borrröret. Detta ger en ökning av trycket som kan ses vid ytan. Den digitala informationen kan kodas i trycksignalen med hjälp av linjekoder eller pulslägesmodulering .

Diagram som visar MWD

Negativ puls

Negativ pulsverktyg öppnar och stänger kortvarigt ventilen för att släppa ut lera från insidan av borrröret ut till ringen. Detta ger en minskning av trycket som kan ses vid ytan. Den digitala informationen kan kodas i trycksignalen med hjälp av linjekoder eller pulslägesmodulering.

Kontinuerlig våg

Verktyg för kontinuerlig våg stänger och öppnar gradvis ventilen för att generera sinusformade tryckfluktuationer i borrvätskan. Varje digitalt moduleringsschema med en kontinuerlig fas kan användas för att påtvinga informationen på en bärvågssignal. Det mest använda moduleringsschemat är kontinuerlig fasmodulering .

När underbalanserad borrning används kan slampulstelemetri bli oanvändbar. Detta beror vanligtvis på att, för att minska borrslammets ekvivalenta densitet, en komprimerbar gas injiceras i slammet. Detta orsakar hög signaldämpning som drastiskt minskar lerans förmåga att överföra pulsad data. I det här fallet är det nödvändigt att använda metoder som skiljer sig från slampulstelemetri, såsom elektromagnetiska vågor som fortplantar sig genom formationen eller trådbunden borrrörstelemetri.

Nuvarande slampulstelemetriteknik erbjuder bandbredder på upp till 40 bit/s. Datahastigheten sjunker med ökande längd av borrhålet och är vanligtvis så låg som 0,5 bit/s – 3,0 bit/s. (bitar per sekund) på ett djup av 35 000 fot – 40 000 fot (10668 m – 12192 m).

Kommunikation från yta till nedre hål görs typiskt via ändringar av borrparametrar, dvs förändring av borrsträngens rotationshastighet eller förändring av slamflödeshastigheten. Att göra ändringar i borrparametrarna för att skicka information kan kräva avbrott i borrningsprocessen, vilket är ogynnsamt på grund av att det orsakar icke-produktiv tid.

Elektromagnetisk telemetri

Dessa verktyg innehåller en elektrisk isolator i borrsträngen, men på grund av utmaningarna med att ta emot data genom en bra ledare (saltvatten) är detta tillvägagångssätt till stor del begränsad till landområden utan grunda salthaltiga akviferer. För att överföra data genererar verktyget en förändrad spänningsskillnad mellan den övre delen (huvudborrsträngen, ovanför isolatorn) och den nedre delen (borrkronan och andra verktyg placerade under isolatorn på MWD-verktyget). På ytan är en tråd fäst vid brunnshuvudet som får kontakt med borrröret vid ytan. En andra tråd är fäst vid en stång som drivs ner i marken en bit bort. Brunnshuvudet och jordstaven bildar de två elektroderna i en dipolantenn. Spänningsskillnaden mellan de två elektroderna är mottagningssignalen som avkodas av en dator.

EM-verktyget genererar spänningsskillnader mellan borrsträngssektionerna i mönstret av mycket lågfrekventa (2–12 Hz) vågor. Data påtvingas vågorna genom digital modulering .

Detta system erbjuder i allmänhet datahastigheter på upp till 10 bitar per sekund. Dessutom kan många av dessa verktyg också ta emot data från ytan på samma sätt, medan slampulsbaserade verktyg är beroende av förändringar i borrparametrarna, såsom borrsträngens rotationshastighet eller slamflödeshastigheten, för att skicka information från ytan till borrhålsverktyg.

Jämfört med den allmänt använda slampulstelemetrin är elektromagnetisk pulstelemetri mer effektiv i specialiserade situationer på land, såsom underbalanserad borrning eller när man använder luft som borrvätska. Den kan överföra data snabbare på grunda borrdjup, på land. Emellertid kommer den i allmänhet till korta när man borrar exceptionellt djupa brunnar, och signalen kan snabbt tappa styrka i vissa typer av formationer, och blir oupptäckbar på bara några tusen fots djup.

Trådborrrör

Flera oljefältsserviceföretag utvecklar för närvarande trådbundna borrrörssystem, även om trådbundna system har prövats i många decennier, och ryssarna hade ett system i bruk på 1960-talet. Dessa system använder elektriska ledningar inbyggda i varje komponent i borrsträngen, som för elektriska signaler direkt till ytan. Dessa system lovar dataöverföringshastigheter i storleksordningar som är större än något möjligt med slampuls eller elektromagnetisk telemetri, både från verktyget i hålet till ytan och från ytan till verktyget i hålet. IntelliServ trådbundna rörnät, som erbjuder datahastigheter uppåt 1 megabit per sekund, blev kommersiellt 2006. Representanter från BP America, StatoilHydro, Baker Hughes INTEQ och Schlumberger presenterade tre framgångshistorier med detta system, både på land och till havs, i mars 2008 SPE/IADC-borrkonferens i Orlando, Florida. Kostnaden för borrsträngen och komplexiteten i utbyggnaden gör detta till en nischteknik jämfört med lerpuls.

Återtagbara verktyg

MWD-verktyg kan vara semipermanent monterade i en borrkrage (endast avtagbar vid serviceanläggningar), eller så kan de vara fristående och återtagbara med tråd.

Återtagbara verktyg, ibland kallade Slim Tools , kan hämtas och bytas ut med hjälp av tråd genom borrsträngen. Detta gör att verktyget i allmänhet kan bytas ut mycket snabbare i händelse av fel, och det gör att verktyget kan återställas om borrsträngen fastnar. Återtagbara verktyg måste vara mycket mindre, vanligtvis cirka 2 tum eller mindre i diameter, även om deras längd kan vara 20 fot (6,1 m) eller mer. Den lilla storleken är nödvändig för att verktyget ska passa genom borrsträngen; men det begränsar också verktygets möjligheter. Till exempel kan smala verktyg inte skicka data i samma hastighet som verktyg som är monterade på krage, och de är också mer begränsade i sin förmåga att kommunicera med och leverera elektrisk kraft till andra LWD-verktyg.

Kragmonterade verktyg, även kända som fettverktyg , kan i allmänhet inte tas bort från borrkragen på borrplatsen. Om verktyget misslyckas måste hela borrsträngen dras ut ur hålet för att ersätta den. Men utan att behöva passa genom borrsträngen kan verktyget bli större och mer kapabelt.

Möjligheten att hämta verktyget via tråd är ofta användbar. Till exempel, om borrsträngen fastnar i hålet, kommer att hämta verktyget via wireline att spara en avsevärd summa pengar jämfört med att lämna den i hålet med den fastnade delen av borrsträngen. Det finns dock vissa begränsningar för processen.

Begränsningar

Att hämta ett verktyg med hjälp av vajer är inte nödvändigtvis snabbare än att dra ut verktyget ur hålet. Till exempel, om verktyget misslyckas vid 1 500 fot (460 m) när man borrar med en trippelrigg (kan lösa 3 skarvar av rör, eller cirka 90 fot (30 m) fot, åt gången), så skulle det i allmänhet vara snabbare för att dra ut verktyget ur hålet än vad det skulle vara att rigga upp wireline och hämta verktyget, speciellt om wireline-enheten måste transporteras till riggen.

Hämtning via tråd medför också ytterligare risker. Om verktyget lossnar från kabeln kommer det att falla tillbaka nedför borrsträngen. Detta kommer i allmänhet att orsaka allvarlig skada på verktyget och borrsträngskomponenterna i vilka det sitter, och kommer att kräva att borrsträngen dras ut ur hålet för att ersätta de felaktiga komponenterna; detta resulterar i en större total kostnad än att dra upp ur hålet i första hand. Tråddrevet kan också misslyckas med att haka på verktyget, eller, i fallet med ett allvarligt fel, kan det bara föra en del av verktyget till ytan. Detta skulle kräva att borrsträngen dras ut ur hålet för att ersätta de defekta komponenterna, vilket gör kabeloperationen till ett slöseri med tid.

Vissa verktygsdesigners har tagit den återhämtningsbara designen för "slanka verktyg" och tillämpat den på ett icke-återställbart verktyg. I det här fallet upprätthåller MWD alla begränsningar för en smal verktygsdesign (låg hastighet, förmåga att fastna på dammpartiklar, låg stöt- och vibrationstolerans) utan någon av fördelarna. Märkligt nog har dessa verktyg fortfarande en trådspets trots att de lyfts och hanteras med en platta.

Bibliografi

•    Mitchell, Bill (1995). Advanced Oilwell Drilling Engineering Handbook (10:e upplagan). Lakewood, CO: Mitchell Engineering. ASIN B0006RMYTW . OCLC 46870163 .

Se även

• Geostyrning

externa länkar

• Media relaterade till mätning vid borrning på Wikimedia Commons