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深水作业安全卫士 DKD深水井涌检测系统

深水作业安全卫士 DKD深水井涌检测系统

当前,越来越多的钻井作业者向深水进军,对深水井涌检测技术带来了越来越多的挑战,本文介绍了浮式钻井平台井涌早期检测系统的相关经验、挑战和方法。

自动化数字技术的发展,已经让现代移动式海洋钻井设备成为了工程奇迹和效率的典范。然而,尽管平台配备了多种先进设备,但对于钻井平台来说最为基础的还是井涌检测系统,在作业船随水流波动的条件下,井涌控制会变得更难控制。

控压钻井(MPD)技术已经普遍应用于非常规或其他复杂油气田的开发,因此,对于有效井涌检测系统的需求也自然已经在某种程度上成为MPD系统的刚性需求。MPD技术基于钻井最基本的原则:等效循环密度与地层压力相平衡使得溢流最小化以及稳定井壁。

MPD系统的目标是在压力接近钻遇地层平衡压力的条件下钻出一口井。尽管MPD系统的配置可能会有不同,但所有MPD系统的最基本反馈机制都是回流速率,并且,当井底压力(BHP)低于地层压力时,地层流体才会溢出。

使用环形密封件的密封系统有很多好处。密封系统可以提供一个固定的、可计算的井下体积容量,它是一个与套管和钻头直径、钻杆所占体积有关的函数。由于井筒内的流体大多是不可压缩流体,因此节流阀上游压力和回流管流速对于判定井涌的大小和严重程度非常有价值。密封的井筒也使得仪表可以更准确的测量多相流动的流动参数。

通常,井筒和流体特性参数需要通过分析动态趋势和实际取样得到,而闭环系统则可以实现更高级的自动化操作、实时自动分析,在此基础上为工程师快速决策提供可用数据。这些方法可以有效的降低触发警报的时间。

深水地层往往是世界上最高产的地层之一,它们经常会表现出较高的油气生产能力,但从钻井的角度来说,风险很大。因此,比较麻烦的是,深水钻井往往需要面对深水井涌检测的特殊挑战,这也是浅海固定钻井平台不存在的。

幸运的是,由现有的许多组件建立起来的一个更为先进、有效的井涌检测系统已经在行业内开始使用。

深水井涌检测系统简介石油圈原创www.oilsns.com

除了为常规PVT(压力、体积、温度)系统添加智能仪表外,深水井涌检测(DKD)系统还需考虑船体移动、井筒影响、流变性变化以及钻井参数的变化,且必须将信息直接反馈给MPD系统。为了完成这一目标,DKD应当完善现有钻井数据测量系统,提高自动化水平,加强流体测量的准确性。

但需要注意的是,仅仅提高设备的精确度并不能提供完整的DKD解决方案。与设备精确度相比,检测工艺与精度和准确度相比同样重要。Macondo井喷事件的一个主要原因,就是同时多线操作干扰了工人对溢流的判断。

隔水管的出现为海洋钻井操作带来了独特的机遇,也提出了独特的挑战。一方面,隔水管尺寸大、质量重,通常也不抗高压。另一方面,隔水管的存在可使设备在隔水管环空中运行,这是传统套管无法提供的操作方式。

此外,压力传感器的类型和放置方式非常重要,在长距离和大压力变化的情况下,两个独立传感器间读取的数据可以作为彼此的参照数据。然而,若距离较短、压力变化较小,由于精确度原因,读数反而不可信,而隔膜式压力传感器可能更适于在短距离内使用。

谈到浮式钻井平台的特性,就必须要考虑到波动的影响,因此,准确测量流动的状态和压力显得尤为重要。由于伸缩接头的使用,隔水管体积受波动的影响非常明显。如果高压分流器或旋转控制设备安装在伸缩接头上部,通过使用激光测距仪或类似设备,就可直接测量隔水管得升沉。

根据已知的接头尺寸和位移,将已知的隔水管排水量用伸缩接头校正系数来校正,这样根据已知的接头尺寸和排水量,就可以通过波动数据函数实时计算隔水管体积。因此,根据已知的隔水管升沉位移和体积校正参数,DKD系统就可以预测出井下不稳定状态,在异常情况发生时发出警报。

随着带泵隔水管系统和无隔水管系统应用的越来越广泛,另一种在不安装伸缩接头的情况下就可以测量隔水管升沉的方法一定会实现。其中,全球定位技术就是一种解决方案,安装加速度检波器也是一种办法。但在现场试验中,加速度检波器不如激光测距仪性能可靠。若回流经过的是软管而不是隔水管,那么,使用软管就可能会造成的数据传输的延迟。

钻井参数,比如钻杆转速、机械钻速和钻压都会影响到BHP,那么DKD就必须包含稳定的控制系统和数据处理系统。

自动DKD系统可以为钻井人员预警小型可控风险、防止其演变为大型复杂危险问题,降低了钻井操作的风险、起到了很好的井涌检测作用。若使用常规方法检测井涌,在发现问题之前井内可能就已经涌入了大量地层流体。在深水环境下井涌涌入50到100桶流体才检测出来的情况并不少见,而减少井涌补救工作量的最好办法,就是提高井涌检测的灵敏度。

DKD系统总结石油圈原创www.oilsns.com

DKD系统需要一个整体解决方案以应对深水钻井带来的挑战。除了传统的体积流量计量外,也需要考虑质量流量计量方法,以及建立处理流动和井筒效应的模型等。通过该检测系统可以更早的发现井涌,就更能减少解决问题的工作量。目前,人们也意识到减少井涌体积可以明显降低井涌检测时间。如果气侵这一井涌根本问题可以进行有效缓解,那么最终对高性能的压力控制设备的需求也会相应降低。

来自/JPT  译者/滕云天 王亚钒  编辑/魏亚蒙

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柠檬
石油圈认证作者
毕业于中国石油大学(华东),油气井工程硕士,长期聚焦国内外石油行业前沿技术装备信息,具有数十万字技术文献翻译经验。如需获取更多技术资料,请联系我们。