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年内再攻四城 新奥燃气扩张曝光

2008/2/22   关键字:   来源:中国石油石化工程信息网
ĽIValign=left>   [中国钻井网2008年1月3日] 石油钻井工程是一项高投入、高风险的地下隐蔽工程,其地下情况的模糊性和不确定性,给钻井作业带来了极大风险,影响着勘探效益。因此,准确地预测地层异常压力、详细的钻前施工设计方案,实时地了解地层各种参数、掌控井下状态,及时地整理区块经验等对安全、高效钻井作业有着极其重要的作用。近年来,由于地质情况的复杂多变,钻井工艺技术的发展也越来越多地需要钻井工程与多学科进行交叉和综合,不仅需要多种理论知识的指导,而且更需要通过对钻井过程中产生的大量数据资料的分析处理,形成规律性的认识,完善和优化钻井工艺技术,避免或降低事故发生几率,减少钻井过程对油藏的污染。
   长期以来,人们一直在探讨这样一个问题,“在实际钻井之前,能不能在室内事先做一个模拟实际过程的试验,将钻进中可能遇到的问题,不同施工方案所消耗的材料、资金投入等了解清楚?”随着科学技术的发展,钻井施工经验的积累、数据处理方法的深层次应用,进行“室内模拟钻井”已成为可能。
   钻井计算机模拟是在室内借助计算机根据已建立的工程数学模型,在计算机上模拟和再现钻井施工全过程的一种工程模拟仿真。计算机动态仿真模拟可以克服场地限制、经费不足、参数繁多、时间跨度长等方面的困难,在时间、资金投入以及安全和可靠性方面具有纯物理模型模拟仿真所不具备的明显优势,近年来越来越多地取代纯物理模型模拟,并被人们所广泛采纳。
   为适应世界油价的变化,世界各大油公司纷纷加大科技信息投入,以降低勘探开发成本,这促进了计算机模拟技术的发展,计算机模拟技术在钻井工程中的应用已成为世界范围内的研究热点之一。目前,国外可以在井位论证、设计、钻井施工过程以及人员培训中进行钻井模拟,它已成为油气藏开发规划、钻井设计、钻井实施和钻后分析等工作中不可缺少的重要工具。
   1.钻井计算机模拟的发展现状
   钻井是建立油气资源通道的主要手段,钻井的对象是地层,在钻进过程中要钻穿各种地层,因此对钻遇地层地质因素的认知程度是影响钻井成败的重要因素之一。研究表明:影响钻进速度、成本和质量等的因素分为不可控因素和可控因素。不可控因素是指我们只能认识而无法改变的客观存在的因素,如所钻地层岩性、储层埋藏深度、地层可钻性、研磨性和地层压力等。可控因素是指通过一定设备和技术手段可控制和改变的因素,如地面机泵设备、钻头类型、钻井液性能、钻压、转速、泵压和排量等。从钻井过程来看,由地质环境所决定的钻井地质特征参数(包括地层的岩性、理化特性、地应力、压力特性、可钻性、各向异性及岩石力学参数等),是钻井优化设计与施工控制的基础数据。如何精确提取这些地层信息,是技术人员普遍关心的关键技术问题之一,这直接关系到工程的质量、安全和效益。特别是在钻井过程中钻遇高温高压等复杂地层时,能否预先精确地掌握这些地层特性参数,直接关系到钻井工程或油藏开发方案的成败。面对复杂的钻井问题,目前的研究与技术现状,仍缺少深入的科学认识及高效的技术手段,从而极大地影响了复杂钻井的速度和效益,甚至造成巨大损失[1][2]。因此,若仍按石油工业的传统方式组织和指挥施工,将要耗费巨大的成本和代价;同时,地质情况的复杂多变,也需要通过对钻井过程中产生的大量数据资料的分析处理,形成规律性的认识,完善和优化钻井工艺技术。
   国外自80年代提出钻井模拟的具体方案后,先后多家公司、研究机构和院校投入该项研究。钻井动态模拟软件目前主要是集中在
  (1)模拟钻井施工的地质条件   (2)下部钻具组合的力学特性以及井眼轨道设计和实钻井轨迹修正和控制;   (3)注水泥设计与施工模拟;   (4)井控和欠平衡作业模拟;   (5)钻头选择及参数配置;   (6)钻井地质导向控制;   (7)钻井培训模拟器等。    经过十几年的快速发展,美国、前苏联、英国、挪威都有技术水平相当高的全尺寸深井钻井模拟实验室。即在地面实验室可以模拟5000m以上的温度场、压力场,并用相似数为1∶1的钻井设备进行模拟实钻,然后利用完善的数据采集系统采集模拟钻进过程中产生的所有信息资料。由于是采用全尺寸模拟技术,不存在尺寸效应,这些信息真实地包含了深井钻井规律,对这些信息进行处理,则可以较为准确地掌握深井钻井的实质,为计算机动态模拟提供准确的基础数据。    1996年美国加利福尼亚大学与斯坦福大学联合发布了“一体化的石油工程模拟及决策支持的教学系统”,该模拟系统把待模拟作业进程分为11个训练模块,具体的模拟内容为:利用地震资料模拟区域地质特征;通过声波速度与井深的关系计算出大致的井深,设计并估算钻探井所需成本;通过对该井进行的测井解释来发现油藏(该油藏到目前为止只是假定的)指导学生选择套管下深;修正套管设计后,该井的每一段可以重复钻进(选择不同的钻头、钻井液与水力参数及钻井参数。学生可以看到该井的成本从120万到80万美元间的变化、固井设计模拟、经济性评价等。模拟器的输入参数需要有一口参考井的钻井、测井等相关参数。    挪威北海油田的钻井优化模拟器(DROPS—DrillingOptimizationSimulator)的研究历时15年,已在北海油田应用了8年,其间相关钻井模拟模型得到了验证和完善。该系统在钻井模拟软件方面的研究思路主要是根据地震解释、测井资料(包括电阻率测井、声波测井、自然伽玛测井等)计算岩石强度、地层压力,根据模拟井的地质剖面数据(包括岩石强度、压力曲线数据、岩石的钻井物理参数等)、钻井参数组合,把机械钻速看成是岩石强度和钻井参数的函数,来模拟钻头的磨损情况,进而优化钻井施工方案,从而达到安全钻井、节约钻井成本的目的。    图1表明,地震资料和测井资料中蕴藏着大量的地层信息,深刻地体现着地层的各种特性和性质。试验和研究表表,这些资料可较好地体现岩石的物理机械力学特性,且可从中建立连续的反映地层特性的各种变化规律;通过测井资料与钻井参数的关联处理与分析,通过理论、实验及统计分析等,建立合理的物理模型及计算方法,能够在较短的时间内全面准确地认识与掌握井下钻井地质环境因素,为科学的钻井设计与施工提供可靠的依据[3]。这种评估方法,不仅对岩心的依赖性很小,既省钱省事,又能提高精度,而且能够建立起连续的实钻地层钻井特性剖面。    新墨西哥矿业技术研究院(NewMexicoInstituteofMiningandTechnology)开发的钻井模拟器首先是选择与目标井情况相似的邻井或其它补偿井作为参考井,进行数据采集和经验学习,通过已有数据建立岩石表观强度与井深的对应曲线,根据地层压力模拟结果确定井眼稳定的边界条件,对目标井分井段、以所用设备和基本钻速方程模型为指导,综合考虑钻井水力、钻井液流变性和钻头几何特征,逐个钻头地进行模拟,确定钻头类型及工程参数。在特殊工艺井的模拟过程中,需要根据下部钻具组合的几何形状以及与地层表观岩石强度和沉积结构机理的接触关系,模拟钻具组合的刚性参数,分离地层地质影响因素和施工参数影响因素。通过钻井模拟得到成本最低、不确定问题发生概率最小的施工作业方案及经济分析结果。该系统在挪威北海的一口井成功使用后同本地区先前完成的井做对比,节省钻井时间52.5h。    国内的钻井工程模型研究多集中在钻井工程领域的单一分支(如井控设计、固井设计注水泥模拟、欠平衡井注气模拟、特殊工艺井轨道设计及井眼轨迹控制、钻井仿真技术培训等方面),工程模型主要是参考采纳石油行业标准规范,多数模型局限于求解部分具体的工程问题。由于缺少系统的理论建模,特别是基本的模拟算法的研究工作,各独立的钻井工况模拟没能涉及更深的理论范畴,没有形成一套能对钻井各种工艺过程进行全面模拟和分析评价的钻井模拟软件系统,目前还不能系统地通过计算机模拟来解决那些许多难以量化和具有不确定性因素的钻井工程问题。    目前国内外钻井计算机模