Обзор измерений во время бурения (MWD)
Методам телеметрии было трудно справиться с большими объемами скважинных данных, поэтому определение MWD было расширено и теперь включает данные, которые хранились в памяти инструмента и восстанавливались, когда инструмент возвращался на поверхность. Все системы MWD обычно состоят из трех основных подкомпонентов:
- Система питания
- Система телеметрии
- Датчик направления
Энергетические системы
Энергетические системы в MWD обычно можно отнести к одному из двух типов: аккумуляторные или турбинные. Оба типа энергетических систем имеют свои преимущества и недостатки. Во многих системах MWD комбинация этих двух типов энергосистем используется для подачи питания на инструмент MWD, чтобы питание не прерывалось во время прерывистого бурения-в условиях потока жидкости. Аккумуляторы могут обеспечить эту мощность независимо от циркуляции бурового-раствора, и они необходимы, если каротаж будет происходить во время спуска в скважину или выхода из нее.
Аккумуляторные системы
Литий-тионилхлоридные батареи обычно используются в системах MWD из-за их превосходного сочетания высокой-плотности энергии и превосходных характеристик при рабочих температурах MWD. Они обеспечивают стабильный источник напряжения почти до конца срока службы и не требуют сложной электроники для обеспечения питания. Однако эти батареи имеют ограниченную мгновенную выходную мощность и могут оказаться непригодными для применений, требующих большого потребления тока. Хотя эти батареи безопасны при более низких температурах, при нагревании выше 180 градусов они могут подвергнуться бурной, ускоренной реакции и взорваться со значительной силой. В результате действуют ограничения на перевозку литий-тионилхлоридных батарей в пассажирских самолетах. Несмотря на то, что эти батареи очень эффективны в течение всего срока службы, они не подлежат перезарядке, и их утилизация подлежит строгим экологическим нормам.
Турбинные системы
Второй источник большого количества электроэнергии — мощность турбины — использует поток бурового-бурового раствора. Вращательная сила передается ротором турбины на генератор переменного тока через общий вал, генерируя трехфазный переменный ток (AC) переменной частоты. Электронная схема преобразует переменный ток в полезный постоянный ток (DC). Роторы турбин для этого оборудования должны выдерживать широкий диапазон скоростей потока, чтобы соответствовать всем возможным условиям перекачки бурового раствора.- Аналогичным образом, роторы должны быть способны выдерживать значительное количество мусора и потерь-циркуляционного материала (LCM), вовлеченных в буровой раствор.
Системы телеметрии
Импульсная-телеметрия бурового раствора — это стандартный метод в коммерческих системах MWD и каротажа во время бурения (LWD). Акустические системы, передающие сигнал вверх по бурильной трубе, затухают примерно на 150 дБ на 1000 м в буровом растворе.[1]Было предпринято несколько попыток сконструировать специальную бурильную трубу со встроенной жесткой проволокой. Несмотря на исключительно высокую скорость передачи данных, метод встроенной проводной телеметрии требует:
- Дорогая специальная бурильная труба
- Специальное обращение
- Сотни электрических соединений, которые должны оставаться надежными в суровых условиях.
Бурное развитие скважинных измерений стимулировало новые работы в этой области.[2]были продемонстрированы скорости передачи данных, превышающие 2 000 000 бит/секунду.
Низко-электромагнитная передача ограниченно используется в коммерческих целях в системах MWD и LWD. Иногда его используют, когда в качестве бурового раствора используется воздух или пена. Глубина, с которой может передаваться электромагнитная телеметрия, ограничена проводимостью и мощностью вышележащих пластов. Ретрансляторы или усилители сигнала, расположенные в бурильной колонне, увеличивают глубину, с которой электромагнитные системы могут надежно передавать сигнал.
Доступны три системы телеметрии с гидроимпульсными-импульсами: системы с положительными-импульсами, отрицательными-импульсами и системами с непрерывными-волнами. Эти системы названы в честь способа распространения их импульсов в объеме бурового раствора. Системы с отрицательными-импульсами создают импульс давления ниже, чем у объема бурового раствора, путем выпуска небольшого количества бурильного раствора под высоким-давлением из бурильной трубы в затрубное пространство. Системы с положительными-импульсами создают мгновенное ограничение потока (более высокое давление, чем объем бурового-раствора) в бурильной трубе. Системы непрерывного-волн создают несущую частоту, которая передается через буровой раствор, и кодируют данные, используя фазовые сдвиги несущей. Используется множество различных систем-кодирования данных, которые часто предназначены для оптимизации срока службы и надежности пульсатора, поскольку он должен выдерживать прямой контакт с абразивным потоком бурового раствора под высоким-давлением.
Обнаружение телеметрического-сигнала осуществляется одним или несколькими датчиками, расположенными на стояке буровой установки. Данные извлекаются из сигналов с помощью наземного компьютерного оборудования, размещенного либо на салазках, либо на буровой площадке. Успешное декодирование данных во многом зависит от соотношения сигнал-/-шум.
Существует тесная корреляция между размером сигнала и скоростью передачи телеметрических данных; чем выше скорость передачи данных, тем меньше становится размер импульса. Большинство современных систем имеют возможность перепрограммировать параметры телеметрии инструмента и замедлять скорость передачи данных-без необходимости вылезать из скважины; однако снижение скорости передачи данных отрицательно влияет на плотность-данных журнала.
Шум сигнала
Наиболее заметными источниками шумового сигнала являются буровые насосы, которые часто создают относительно-высокочастотный шум. Помехи между частотами накачки приводят к появлению гармоник, но эти фоновые шумы можно отфильтровать с помощью аналоговых методов. Датчики-скорости насоса могут быть очень эффективным методом выявления и устранения шума насоса из необработанного телеметрического сигнала. Низкочастотный шум в объеме бурового раствора часто создается буровыми двигателями. Глубина скважины и тип бурового раствора также влияют на амплитуду и ширину принимаемого-сигнала. В целом растворы на-нефтяной основе (РУО) и растворы на псевдо-нефтяной-основе обладают большей сжимаемостью, чем растворы на-водной основе; следовательно, они приводят к наибольшим потерям сигнала. Тем не менее, сигналы были получены без существенных проблем с глубины почти 9144 м (30 000 футов) в сжимаемых жидкостях.
Датчики направления
Новейшая технология направленных-датчиков представляет собой матрицу из трех ортогональных феррозондовых магнитометров и трех акселерометров. Хотя в нормальных условиях стандартные датчики направления обеспечивают приемлемые исследования, любое применение, в котором существует неопределенность в местоположении забоя скважины, может быть проблематичным. Недавние тенденции к бурению более длинных и сложных скважин привлекли внимание к необходимости модели стандартной ошибки.
Работа, проведенная отраслевым руководящим комитетом по точности ствола скважины (ISCWA), была направлена на создание стандартного метода количественной оценки позиционных неопределенностей с соответствующими уровнями достоверности. Основные источники ошибок были классифицированы:
- Ошибки датчика
- Магнитные помехи от КНБК
- Несоосность инструмента
- Неопределенность магнитного-поля
Наряду с неопределенностями в измеренной глубине, неопределенности при съемке забоя вносят один вклад в ошибки в абсолютной глубине. Обратите внимание, что все методы коррекции азимута в-времени требуют передачи необработанных данных на поверхность, что создает нагрузку на канал телеметрии.
Разработка гироскопического (гироскопического)-навигационного MWD предлагает значительные преимущества по сравнению с существующими навигационными датчиками. Помимо большей точности, гироскопы не подвержены помехам со стороны магнитных полей. Современные гироскопические технологии сосредоточены на обеспечении механической прочности, минимизации внешнего диаметра и преодолении температурной чувствительности. Основное применение технологии – экономия времени буровой установки, затрачиваемого каротажными гироскопами при проведении зарезок из зон, подверженных магнитным помехам.
Условия эксплуатации инструмента и надежность инструмента
Системы MWD используются в самых суровых условиях эксплуатации. Очевидные условия, такие как высокое давление и температура, слишком знакомы инженерам и проектировщикам. Отрасль проводной связи имеет долгую историю успешного преодоления этих условий.
Температура
Большинство инструментов MWD могут работать непрерывно при температуре до 150 градусов, а некоторые датчики доступны с номиналами до 175 градусов. Температура инструмента MWD-может быть на 20 градусов ниже, чем температура пласта, измеренная каротажем на кабеле, из-за охлаждающего эффекта циркуляции бурового раствора, поэтому самые высокие температуры, с которыми сталкиваются инструменты MWD, измеряются при спуске в скважину, в которой объем бурового-жидкости не циркулировал в течение длительного периода. В таких случаях целесообразно периодически прерывать циркуляцию во время спуска в скважину. Использование колбы Дьюара для защиты датчиков и электроники от высоких температур является обычным явлением в каротажных линиях, где время воздействия в скважине обычно короткое, но использование колб для температурной защиты непрактично в MWD из-за длительного времени воздействия при высоких температурах, которые необходимо выдерживать.
Давление
Давление в скважине представляет собой меньшую проблему для систем MWD, чем температура. Большинство инструментов рассчитаны на давление до 20 000 фунтов на квадратный дюйм, а специальные инструменты рассчитаны на давление до 25 000 фунтов на квадратный дюйм. Сочетание гидростатического давления и противодавления в системе редко достигает этого предела.
Скважинный удар и вибрация
Скважинные удары и вибрация создают для систем MWD самые серьезные проблемы. Вопреки ожиданиям, первые испытания с использованием скважинных систем с инструментами показали, что величина боковых (-в-боковых) толчков значительно выше, чем осевых толчков при обычном бурении. Современные инструменты MWD обычно рассчитаны на удары силой около 500 G в течение 0,5 мс в течение срока службы 100 000 циклов. Крутильный удар, вызванный крутильным ускорением прилипания/скольжения, также может быть значительным. Если инструменты подвергаются повторяющимся залипаниям/проскальзываниям, можно ожидать, что они выйдут из строя.
Статистика надежности инструмента
Ранняя работа по стандартизации измерения и составления отчетов по статистике надежности инструментов MWD-была сосредоточена на определении сбоя и делении совокупного количества успешных часов обращения на совокупное количество сбоев. Результатом этой работы стало среднее-время-между-отказами (MTBF). Если бы данные накапливались в течение статистически значимого периода (обычно 2000 часов), можно было бы получить значимые тенденции-анализа отказов. Однако по мере усложнения скважинных инструментов Международная ассоциация буровых подрядчиков (IADC) опубликовала рекомендации по сбору и расчету статистики наработки на отказ.
Являясь ведущим мировым производителем гироскопических приборов, компания China Vigor полностью осознает решающую роль точности и надежности в скважинных операциях. С 2015 года мы постоянно инвестируем в исследования и совершенствование наших систем гироскопических инклинометров. Сегодня инструменты Vigor успешно работают на нефтяных месторождениях в Центральной Азии, Европе и Африке,-предоставляя данные высокой-точности, которые помогают клиентам значительно сократить не-непроизводственное время.
Ярким примером является гироскопический инклинометр серии Vigor Pro-Guide, который включает в себя лучший в отрасли-алгоритм компенсации данных для минимизации значений дрейфа и обеспечения неизменно точных результатов съемки. Помимо производительности, серия Pro-Guide отличается надежностью и простотой обслуживания. Его прочная конструкция снижает общую стоимость владения за счет снижения рисков при транспортировке и техническом обслуживании, что является основной причиной, по которой он заслужил такое сильное одобрение клиентов.
Наша техническая команда регулярно оказывает-поддержку по ведению журналов на сайте и получает неизменно положительные отзывы. Мы также рады сообщить, что компания China Vigor успешно завершила полевые испытания систем каротажа во время бурения (LWD), гироскопа во время бурения (GWD) и измерения во время бурения (MWD), и в настоящее время идет их внедрение на рынок.
Чтобы узнать, как серия Vigor Pro-Guide и наши новейшие технологии бурения могут повысить эффективность и точность ваших операций, обратитесь к нашей специализированной команде инженеров. Мы с нетерпением ждем возможности поддержать вас экспертными решениями и профессиональным обслуживанием.
