多年來(lái)，石油工業(yè)一直在與高溫高壓做抗?fàn)帲箓愗愔x根據(jù)常見(jiàn)的技術(shù)閥值，將高壓高溫（HPHT）井分為三類。圖1為斯倫貝謝HPHT井的分類方法，分類邊界表示常見(jiàn)的服務(wù)良好的工具組件的穩(wěn)定限值，即彈性密封件和電子設(shè)備的穩(wěn)定性極限。
HPHT井起于150℃（300℉）的井底溫度（BHT）或69MPa（10000psi）的井底壓力（BHP），這個(gè)閥值與標(biāo)準(zhǔn)彈性密封件的性能有關(guān)。
Ultra-HPHT井被認(rèn)為超過(guò)了現(xiàn)有電子技術(shù)（器件）的實(shí)際操作極限，即超過(guò)205℃（400℉）或138MPa（20000psi）。屆時(shí)，超過(guò)此溫度的電子設(shè)備需要安裝內(nèi)部散熱器或?qū)⒃O(shè)備置于真空瓶或護(hù)筒內(nèi)，以保護(hù)電子設(shè)備不受惡劣溫度的影響。
HPHT-hc類定義了最極端的環(huán)境，即溫度和壓力大于260℃（500℉）或241MPa（35000psi）的環(huán)境。這就是地?zé)峋蜔岵删姆秶?，BHT超過(guò)260℃。
地?zé)徙@井使用的數(shù)據(jù)和傳感器
由于地?zé)徙@井作業(yè)溫度和成本的限制，并不是每一種數(shù)據(jù)都需要采集或能被采集。如圖1斯倫貝謝的分類所示，石油工業(yè)認(rèn)為的HPHT工具（顯示為黃色）只能滿足地?zé)峋疁囟确秶牡拖?，地?zé)峋臏囟绕毡樵?50℃至350℃之間。石油工業(yè)也存在HPHT環(huán)境。圖2為近海HPHT鉆井活動(dòng)。預(yù)計(jì)未來(lái)幾年HPHT鉆井活動(dòng)將會(huì)加快，尤其是在近海區(qū)域。在未來(lái)四年里，近海HPHT井（綠色）的數(shù)量預(yù)計(jì)將是過(guò)去30年（藍(lán)色）鉆井總數(shù)的兩倍多。到2020年（粉紅色），井的數(shù)量預(yù)計(jì)將增加兩倍。因此，井下工具能力的提高可使石油和地?zé)醿蓚€(gè)行業(yè)受益。
地?zé)峋母邷丨h(huán)境制約了大多數(shù)井下工具的使用，但在規(guī)定的井深間隔（例如每30m）往往仍需要定向測(cè)量。在此情況下，地?zé)徙@井的司鉆們會(huì)進(jìn)行一次或多次的勘測(cè)，以獲得井的方向信息，這可能很耗時(shí)，因此會(huì)很耗成本。有時(shí)，在不起下工具的情況下，可能會(huì)進(jìn)行一次或多次勘測(cè)。如果鉆桿不適合這樣做，這個(gè)項(xiàng)目就會(huì)耗費(fèi)更多時(shí)間。為了在這種情況下進(jìn)行測(cè)量，司鉆需要循環(huán)冷卻井筒、起鉆、將測(cè)量工具接在一根繩纜下端、將其泵送至井底進(jìn)行測(cè)量作業(yè)、回收工具，然后，再將其下入井下。平均起來(lái)，一次下入可以300m/h的速度完成測(cè)量作業(yè)。例如，在一口762m深的井底，一次測(cè)量從工具下入到起出需要5個(gè)小時(shí)的時(shí)間，加上30至45分鐘的工具下入、測(cè)量和起出時(shí)間。每隔30m完成這一過(guò)程（雖然井深較淺時(shí)耗費(fèi)的時(shí)間不長(zhǎng)）可能加起來(lái)的時(shí)間會(huì)產(chǎn)生極長(zhǎng)的NPT以及整個(gè)鉆井作業(yè)會(huì)超出很大一部分的額外成本。而在石油鉆井作業(yè)中，一般情況下，使用一套MWD工具進(jìn)行數(shù)據(jù)測(cè)量就可以了，而且，只需幾分鐘時(shí)間就能采集到相同的數(shù)據(jù).
工具的改進(jìn)
掌握地面和井下數(shù)據(jù)對(duì)于提高鉆井作業(yè)效率極為重要，但數(shù)據(jù)在提高作業(yè)效率方面往往沒(méi)有被最大化利用。在電子設(shè)備出現(xiàn)之前，許多采集的數(shù)據(jù)并不準(zhǔn)確。開(kāi)發(fā)的大多數(shù)鉆井機(jī)械、工具和儀器大都是基于井隊(duì)人員使用的，而數(shù)據(jù)采集的主要目的是為了安全和設(shè)備故障的預(yù)防，并非是為了提高鉆井效率。鉆井速度依賴于有經(jīng)驗(yàn)的司鉆和鉆工們，他們利用他們的知識(shí)和手工記錄來(lái)減少鉆井事故。
20世紀(jì)60年代末，首次發(fā)明了MWD工具，實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與傳送，提高了數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性。這一技術(shù)的不斷改進(jìn)提高了油氣井開(kāi)發(fā)的性能與效率。20世紀(jì)80年代初，首次推出了LWD工具，這種工具對(duì)石油勘探與開(kāi)發(fā)特別有幫助，因?yàn)樗芴峁┮环N可靠的方法來(lái)確定巖石類型和定位油氣藏。隨著多年來(lái)工具的不斷改進(jìn)，MWD/LWD工具在井下環(huán)境下已變得更加精確和可靠，這也進(jìn)一步提高了鉆井的性能指標(biāo)。20世紀(jì)90年代初，發(fā)明了鉆井綜合錄井儀，這種設(shè)備能更準(zhǔn)確和更精細(xì)的測(cè)量鉆機(jī)的地面操作參數(shù)，因此，提高的鉆機(jī)的性能。圖3是一個(gè)說(shuō)明鉆井技術(shù)與設(shè)備不斷改進(jìn)的時(shí)間性概念圖，展示了一個(gè)穩(wěn)定的逐漸改善的鉆機(jī)性能走勢(shì)，鉆工們對(duì)這種電子設(shè)備也越來(lái)越熟悉，已擅長(zhǎng)使用這種儀器。利用井下傳感器和采集的數(shù)據(jù)來(lái)縮短鉆井周期和降低作業(yè)成本。
利用像MWD這樣的井下工具可顯著提高數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性，因?yàn)樵谀承┣闆r下司鉆不再依賴準(zhǔn)確性較差的地面測(cè)量數(shù)據(jù)，地面測(cè)量數(shù)據(jù)包括鉆具扭矩與摩阻、鉆具扭轉(zhuǎn)纏繞、以及像粘著／粘滑、泥包、渦旋／亂轉(zhuǎn)這樣的鉆具機(jī)能失調(diào)等各種邊界效應(yīng)值，這些效應(yīng)混合產(chǎn)生的數(shù)據(jù)在地面表現(xiàn)出來(lái)，被地面設(shè)備采集成為地面數(shù)據(jù)，這也使得將這些數(shù)據(jù)分辨出來(lái)并獲得真正的井下鉆頭工況變得非常具有挑戰(zhàn)。
井下數(shù)據(jù)采集使得鉆一口井的時(shí)間周期和成本總體上得到了縮短和降低。圖4展示了井下數(shù)據(jù)采集對(duì)ROP的影響，采用諸如井斜、方位和溫度等標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量可使ROP提高32%，因?yàn)閷?duì)井下工況的了解增多了。這些測(cè)量能在無(wú)需起下鉆的情況下獲得所需的定向數(shù)據(jù)。
在結(jié)合隨鉆壓力測(cè)量（PWD）等半先進(jìn)的數(shù)據(jù)時(shí)，一次作業(yè)能進(jìn)一步提高ROP約10%–15%。了解地層壓力有助于確定防止井漏或井涌所需的泥漿密度。因此，司鉆可以更好地使泥漿靜液壓力／循環(huán)壓力與地層孔隙壓力之間的壓差保持在下限范圍，甚至可以保持欠平衡，以提高ROP。
利用諸如WOB、TOB、彎矩及LWD等高級(jí)數(shù)據(jù)可以進(jìn)一步提高ROP。LWD可以提供更好的井下環(huán)境的圖像數(shù)據(jù)，并可進(jìn)行地層識(shí)別。準(zhǔn)確的WOB和TOB測(cè)量對(duì)于保持高ROP也很重要，因?yàn)檫@類數(shù)據(jù)能向司鉆報(bào)告鉆頭工作的真實(shí)情況。因此，司鉆可以有更充分的信心給鉆頭施加更接近于鉆頭極限的鉆壓和扭矩，而不是保持一個(gè)大的安全裕度，讓鉆頭發(fā)揮不出應(yīng)有的潛能，因?yàn)榈孛娴臏y(cè)量值不能反映真實(shí)的井下工況。由于地面測(cè)量值并不十分準(zhǔn)確，因此，保持理想的ROP會(huì)有一定的難度。
然而，即使在數(shù)據(jù)采集技術(shù)改進(jìn)的50年后，大多數(shù)石油鉆機(jī)的效率仍落后于目前的技術(shù)水平。正確的分析鉆井性能，建立可持續(xù)的實(shí)用的工程解決方案需要高質(zhì)量的測(cè)量數(shù)據(jù)。一名優(yōu)秀的司鉆，可以通過(guò)視覺(jué)、嗅覺(jué)、聲音和振動(dòng)收集大量信息，并對(duì)其進(jìn)行準(zhǔn)確解釋，這種能力可使鉆井在不具備復(fù)雜數(shù)據(jù)采集技術(shù)的情況下進(jìn)行鉆井作業(yè)，盡管其結(jié)果可能會(huì)變化無(wú)常，只要在合理的時(shí)間范圍內(nèi)不出太多麻煩能鉆至總井深也是不錯(cuò)的結(jié)果。對(duì)于鉆機(jī)設(shè)備的靈敏度、準(zhǔn)確性、復(fù)雜性和可靠性等方面的技術(shù)要求也就相對(duì)不存在了。這也清楚地表明，我們需要不斷提高測(cè)量精度和儀器的等級(jí)，甚至對(duì)石油工業(yè)也是如此。
工廠化鉆井
文獻(xiàn)表明，作業(yè)公司和鉆井工程師們的標(biāo)準(zhǔn)做法是規(guī)定鉆機(jī)的一般性能（總馬力、提升能力、泵速／排量和泵壓），將細(xì)節(jié)留給鉆井承包商。這種做法導(dǎo)致了過(guò)程能力的廣泛變化以及從統(tǒng)計(jì)學(xué)角度大量過(guò)程的失控。最近油價(jià)的下跌需要降低鉆井成本，以實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目的實(shí)施更具經(jīng)濟(jì)利益。降低成本的備選方案包括1）材料費(fèi)用如水泥、泥漿和套管，削減這類成本會(huì)導(dǎo)致鉆井作業(yè)期間的潛在風(fēng)險(xiǎn)；以及2）運(yùn)營(yíng)成本，這類費(fèi)用可以系統(tǒng)地降低，從而更相稱于可預(yù)測(cè)及可重復(fù)的油價(jià)走低。
殼牌公司鉆井方案的目標(biāo)是通過(guò)減少無(wú)形的導(dǎo)致NPT的損失與錯(cuò)誤，利用目前的技術(shù)“實(shí)現(xiàn)最佳的可能的性能”。殼牌立刻注意到了性能的改善，使得鉆機(jī)的作業(yè)時(shí)間和成本得到了降低，雖然有點(diǎn)不那么一致。直到2006年，殼牌創(chuàng)建的重啟鉆井限制（rDTL）的方案才被完全采納。當(dāng)時(shí)，提高鉆井性能是殼牌公司的首要任務(wù)，rDTL方案使他們能更一致地在各個(gè)鉆機(jī)上執(zhí)行該方案，以進(jìn)一步提高鉆井效率。rDTL方案更多地側(cè)重于詳細(xì)的良好規(guī)劃與設(shè)計(jì)，確定關(guān)鍵業(yè)績(jī)指標(biāo)（KPI），如每米成本，在其整個(gè)業(yè)務(wù)中，通過(guò)限制使用不在崗位的顧問(wèn)，使其業(yè)績(jī)對(duì)一個(gè)團(tuán)體而言更負(fù)有責(zé)任感。結(jié)果表明，該方法提高了殼牌油氣井30%以上的業(yè)績(jī)。
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