石油圈
“NanoTagging”是沙特阿美公司研发的一种专为钻屑深度精度而设计的新型录井技术，荣获了2021年工程创新功勋奖。
编辑 | 无忧
技术进步正在推动石油和天然气行业的转型，提高运营效率，最大限度地利用地下数据。先进材料和人工智能对于开发新井和准确了解储层情况至关重要。“NanoTagging”是一种新型录井技术，在数千英尺长的井中可显著提高岩屑深度确定性，准确度能达到+/-2英尺。
01. 技术原理
Nano Tagging方法是将专门设计的纳米粒子“标签”注入钻井液中，在钻屑分析时生成条形码签名，从而精确确定钻屑的原始深度。该深度相关系统由条形码纳米标签、提取过程和检测方法组成，用于精确、有区别地检测驻留在钻屑上的标签。
沙特阿美公司通过使用简单、可扩展的乳液聚合方法成功合成了一个小型聚合物纳米标签库。值得注意的是，制成的NanoTag的尺寸分布在20nm到60nm的范围内。同时，这些带条形码的NanoTag还与钻井液兼容，并且由于其毒性低且保质期长的特性，可以安全地处理和处置。
沙特阿美设计了溶剂萃取和热分离工作流程。该工作流程从岩屑上的其他小分子添加剂和碳氢化合物中提取和分离NanoTags，然后对NanoTags进行热解——这是一个在高温下热解聚NanoTags以供GCMS识别的过程。
02. 案例分析
1 案例一
方案1分别介绍了NanoTag 技术在现场和实验室中的检测情况。
2019年12月，该技术在中东碳酸盐地层中钻探的一口气井中得以首次现场测试。在证明分散在水性流体中的NanoTag在低注入量下对钻井泥浆流变学的影响可以忽略不计之后，沙特阿美公司将三种不同条形码的NanoTag以5ppm和10ppm的浓度注入水基钻井泥浆中，并持续3次。在高压泥浆泵上游的某个点注入几分钟后，NanoTags与泥浆一起下行，并随钻头标记新的岩屑，即在注入时间后在已知的向下行进时间内钻进产生的岩屑。
然后，该公司收集了页岩振动筛的切屑并对其进行分析以识别NanoTags。根据泥浆流速和所有井底组件尺寸的建模定义了一个宽采样窗口：从计算出的“最佳”到达时间（滞后时间）后15分钟之前的15分钟开始，以两分钟的间隔收集样品。
NanoTagging 现场测试路线图，包括将NanoTags泵入泥浆、在钻头处标记钻屑、在振动筛上收集标记的岩屑、从岩屑中提取标签并使用热解检测Nano Tags-GCMS。
在实验室中，纳米标签需首先通过溶剂萃取和热蒸发从岩屑中分离出来，以除去通常存在于泥浆中的聚合物和小分子添加剂杂质。NanoTag被热解后，使用与热解器相连的Triple-QuadGCMS进行分析。结果表明，从含Nano tag的水基泥浆中回收的碳酸盐岩屑中提取的Nano tag在浓度为几ppm时可以明确检测到。石油圈原创，石油圈公众号：oilsns
2 案例二
方案2显示了标签信号在钻屑采集的时间窗口上的分布示例。在这里，NanoTag的检测时间接近于最佳到达时间，并且没有提前或推迟几分钟检测到，这是意料之外的。
不同采集时间内，通过热解法与GCMS从岩屑样品中检测到NanoTag 信噪比 (S/N) 示例
除此以外，还对NanoTags到达时间随时间的分布模拟进行了比较，包括泥浆记录器的软件通过计算实际泵冲程对泥浆流量变化的校正。使用标签确定的深度与录井服务指定的深度一致。
在其他地方，沙特阿美还发现了根据NanoTags向下行程时间估算的深度与根据泥浆记录器补偿的向上行程时间计算的深度之间的系统差异。这些差异表明可能存在井眼扩大或其他本发明旨在消除的系统误差的因素。
03. 结论
用于钻屑深度关联技术的NanoTags改进了当前的录井过程，同时具有成本效益、直接且环保。该技术使石油和天然气运营商能够提高岩性和岩石物理分析的质量，加强地层评估和地质导向实践，并通过录井控制井位，从而有助于最大限度地提高石油采收率。
展望未来，沙特阿美正致力于将不同NanoTag条形码自动分配到现场泥浆中，并将实验室提取和检测工作流程自动化。该技术每个步骤的自动化可以使标记过程成为提高录井数据质量的常规操作。
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