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微孔钻井技术漫谈

2016-03-23浏览次数:1511   来源:石油机械网  作者:申健龙
  【石油机械网】在普及微孔钻井技术之前,微孔钻井用仪器技术必须首先过关。

美国专家称微孔钻井是一种小而精的高科技钻井方法,并期望通过主要和独立钻井承包商对这种新兴技术的应用,将其国内现有至少10%的油气资源通过浅层钻井开发而转变为实际储量。

    

 

    一.概

    

    微孔钻井将最终改变未来的钻井技术,至少,这种新兴的连续油管(CT)技术能够在很大程度上减小钻井作业对环境的影响。据美国能源部预测,微孔钻井技术将能够实现对美国国内陆上已探明的4070亿桶油藏的经济性开发,在此已探明的储量中,有2180亿桶都能在5000英尺深度以内被开发出来。

    美国专家称微孔钻井是一种小而精的高科技钻井方法,并期望通过主要和独立钻井承包商对这种新兴技术的应用,将其国内现有至少10%的油气资源通过浅层钻井开发而转变为实际储量。

    目前对这种新兴技术的开发尚处于早期阶段。去年,美国某一独立的专业组织对这种钻井方式的益处以及钻井工业界对此钻井方法的兴趣进行了广泛的调查,另外,美国洛斯阿拉莫斯国家实验室(LANL)也就开发微孔钻井现有和未来所需的工艺技术作了可行性研究。目前微孔钻井的能力还只能达到1000英尺深,然而,要使成熟区块的开发实现较大的成本节约并改善环保状况的话,则微孔钻井就必须能够钻到5000英尺的井深才行。为了实现这一目标,美国国家能源技术实验室的石油与天然气战略中心为开发能够钻3-1/2英寸井眼的钻井装置提供了开发基金,目前已有六家相关公司获得了此项基金,第二轮基金筹备工作也正在进行之中。此外,美国国家能源部也已对演示可能实现的微孔钻井技术做出了安排。

    减小钻井作业的施工范围和影响不仅从环保角度来讲具有重要性,且同时还能获得很大的经济利益。因为通过减小井眼尺寸可以减少所有与钻井有关的成本,包括用于完成多井眼钻井方案所需的时间。

    如果要在成熟盆地进行加密钻井,通常都需要再多钻数百口井。而如果油气盛产区位于有大量羚羊和野鹿的生态区域内的话(比如美国怀俄明州上部绿河流域内的约拿气田),若采用微孔钻井技术就可以大大减小寻找和开发非常规致密地层天然气对环境所产生的影响。在该地区现有400口井,原计划还要再钻850口新井,这样无论如何都还会对这一敏感地区造成一定的影响。而通过采用垂直地震剖面新工艺和新方法,改善了低成本地震井眼监测的目标图像,从而为在该地区采用微孔钻井技术对深层非常规储藏进行开发提供了机会。由于为储层开采点提供了更好的图像,因此便不用冒险在许多相隔很近的位置钻常规直井了,这样便将一种程度较高的地质学风险转换成为一种低得多的工程开发风险,从而也就实现了相当大的成本节约。

    与上世纪七十年代相比,当今的平均井场大小只占当初的30%,而且,通过采用定向开发方案,就有机会进一步减少钻井废物,实现零排放钻井作业,消除对泥浆坑的使用,使井场对周围环境的综合影响更小。

    

 

    二.研究微孔钻井技术的动力来源

    

    随着对由美国洛斯阿拉莫斯国家实验室等机构所制定的目标的开发和实施,研究微孔钻井技术的动力正在与日俱增。该目标方案对实施联合行动以改进可实现钻出5000英尺深的微孔井眼所需的现有工艺技术并发明新的工艺技术制定了循序渐进的方向,美国洛斯阿拉莫斯国家实验室的这一目标也被当作开发美国能源部的实施方案的基础。

    具体的说,这一目标就是将现有最小的8 3/4英寸常规井眼直径减小到至少3 1/2英寸。过去各种电子器件和传感元件的技术发展已为减小井眼尺寸带来了潜在的可能,而井眼直径的减小则正推动着井底钻具组合(BHA)、测井仪器、地震仪器以及钻机的小型化发展。

    到目前为止,已有六家美国公司获得了开发能用于3 1/2英寸直径井眼的各种装置的基金,他们是Western Well Tool公司(开发水平钻井用牵引车)、斯伦贝谢公司(开发挠性油管钻井用微型钻机)、贝克.休斯公司(开发2 3/8英寸直径的地质导向钻井装置)、Gas Production Specialties公司(开发一种微型电潜泵)、Bandera公司(开发一种零排放泥浆装置)、以及Stolar Research公司(开发一种雷达导向系统)。

    

 

    三.微孔钻井技术与经济效益密切相关

    

    在初期阶段,美国能源部正在试图开发能够支持浅层资源开发商业模型的技术,因为微孔钻井的初衷就是应用适当的钻井工具来满足适当资源的开发需求,根据这一初衷,在初始阶段就应该根据需要逐渐增加开支。美国能源部认为,通过对现有钻井设备和连续油管(CT)技术进行适当的改进就能使微孔钻井深度达到5 000英尺。另外,连续油管(CT)钻井技术在加拿大成熟油藏区域已被普遍认为能够提供明显的优势,而鉴于目前技术的发展,已能够开发出在美国钻更困难地层的井下钻井装置,这使得在加拿大能够成功应用的浅层资源开发技术在美国也能得以实现。

    

 

    四.微孔钻井技术拓展了人们的想象空间

    

    微孔钻井技术正在多方面拓展着业内人士的想象空间。以前由于成本太高,在美国每年仅钻很少的地震监测井,而如果能够大幅降低构造此类井眼的费用的话,那么,当美国开发商对连续油管钻井技术感到满意的时候,则监测井的数量就会急剧增长。这样便会使油藏管理更为有效,并可能会改变目前的勘探模式,从而减小深层、非常规油藏开发的综合风险。

    在普及微孔钻井技术之前,微孔钻井用仪器技术必须首先过关。目前人们在油气工程方面所做的一些努力包括应用当前所能实现的连续油管(CT)技术钻浅层微孔井、评估钻深层微孔井的可行性、对底部钻具组合进行小型化改造并试验、实现地球物理测井仪器的小型化、以及在井眼地震仪器组件中加入新兴的微型传感技术。与当前用于勘探和油藏描述的技术相比,在终端深度处仅需最小直径的微孔钻井技术将能够提供另一种的低成本选择方案。另外,微孔钻井技术也可以应用于超深和极热的钻井环境。

 

    美国洛斯阿拉莫斯国家实验室(LANL)已经证明了能够将极小直径(小于3英寸)的微孔井眼钻到1 000英尺深的能力,其意图是平衡这种钻井能力并对该技术进行微调以使其能够满足具体的工业监测和浅层钻井开发的需要。据悉,现已存在的小型仪器设备包括混合式连续油管(CT)钻机、微型地震检波器和加速计、具有极高精度的转速高达一百万转/分的低成本微型陀螺仪、以及焊接式16铬连续油管(这种油管能降低30%的摩擦损失,这对超深小井眼来说是十分重要的)。这类微型装置可以说是一个被称之为微型机电装置(MEMS)的大型科学爆炸的一部分。这类技术使得能够实现低成本和高分辩率的地震监测,进而导致潜在的“设计地震”概念(基于与应用VSP——垂直地震剖面技术的低成本监测井眼的有机结合)。随着各种相关技术方案的浮现和对用于这类仪器的材料要求的了解,相信微孔钻井一定能够比预期的要深——有可能达到10 000英尺

    通过对第一阶段研究和制造项目(水平钻井用牵引车、挠性油管钻井用微型钻机、用于2 3/8英寸直径CT总成的地质导向钻井装置、微型电潜泵、零排放泥浆装置和雷达导向系统)基金的发放以及目前正在进行的各项试验,估计在第二阶段所评估的一些技术将会集中在对成熟、低压油气藏的欠平衡微孔钻井方面。在第二阶段中要评估的其它概念将会包括能钻出3-1/2英寸井眼的高级单井眼概念、微孔CT底部钻具总成(更可靠、马达功率更大且机械钻速更高的钻井装置)以及微孔完井和生产设备。

    

 

    五.微孔概念逐渐普及

    

    在环境敏感地区如果全年365天都能够进行钻井而不会因受保护物种的迁徙和交配而停止作业的话,对于钻井承包商而言将会受益匪浅,而由于“设计地震”和缓冲钻井技术的结合而导致地层成像能力大为提高,使得这一设想有可能成真。

    专家认为,就美国国内石油工业而言,应用当今最新的石油开采方法和技术,通过微孔钻井而开创在成熟油气田进行现场钻井的另一个新时代将同样是一个经济分水岭。事实也的确如此,在一个油田停止赢利之后所剩下的石油量通常都是其原始储量的60~80%。如果能够广泛采用诸如微孔钻井一类的对环境影响很小的新技术的话,工业界就能够提出很可靠的方案来与立法机构和环境保护团体讨论在环境敏感地区进行油气资源开发的可能性。

    

 

    六.微孔钻井技术的困难、观念及未来

    

    不久以前,小井眼钻井曾为人们提供了类似于微孔钻井的一些优点,鉴于此,许多人便认为微孔钻井概念不过是小井眼钻井的另一种变形而已,这种观念给微孔钻井技术概念的普及带来了一定的阻力。然而,实际上微孔钻井与小井眼钻井无论在关键方面还是在基本概念方面都存在着诸多不同。采用小井眼钻井的目的仅仅是为了找到一种更为便宜的途径来完成常规钻机和钻井工艺所能完成的相同工作;而微孔钻井的焦点则是通过采用各类关键技术来支持一种主要的商业模型,使其可以实现浅层油气资源的开发,并通过与低成本钻井能力的结合而建立起一种能够平衡各种地震成像技术的途径。小井眼钻井可用于几乎任何环境下的常规旋转钻井装置;而对于微孔钻井而言,除了要求应用尺寸小且效率高的连续油管(CT)钻机以外,其焦点主要集中在实现可由CT钻井所提供的高机械钻速方面,以便对浅层油、气资源实行经济性开发。

    如果目前正在考察的新型VSP(垂直地震剖面)技术和方法能够获得成功的话,就有可能能够利用自然地震源,比如由洛基山区域的“塌方”以及现有不合格设备所造成的低幅地震源,因为在某些地区既需要地震源对油气藏进行成像,而又不允许使用主动人工方法来获取常规地震资料。在观念转变方面,需要认识到在资源丰富地区实施低成本永久性监测的潜在优势。科学界得益于永久性监测所带来的好处已有许多年了,但石油工业界却还没有享受过这类优势,原因是为了及时满足勘探预算和实施目标,地震资料的合同发包总是短期行为。

    根据微孔钻井技术的潜在能力,该技术最终能够被应用于环境风险较高的地区。无论何时,只要能够在高作业成本环境中以相对低的成本获取关键的地下资料以便最大限度地降低风险,微孔钻井技术就有得以大展拳脚的机会。专家认为,最值得注意的是带有浅流、水合物以及众多其它潜在短期危害的深水海上环境。

    基于目前已有的优势加之工业界对其潜在优势的认可,实现微孔钻井技术全方位商业化的时间肯定会比实现“设计地震”全方位商业化需的时间要短。由于微孔钻井技术的成本相对较低、风险相对较小,所以,在未来5年的时间内使这一新兴技术在用于浅层油、气资源开发方面实现重大的商业化进展将是水到渠成之事。


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