Pomiar podczas wiercenia (MWD) Przegląd
Metody telemetryczne nie radziły sobie z dużymi ilościami danych z odwiertów, dlatego definicję MWD poszerzono o dane przechowywane w pamięci narzędzia i odzyskiwane po powrocie narzędzia na powierzchnię. Wszystkie systemy MWD zazwyczaj składają się z trzech głównych podzespołów:
- System zasilania
- System telemetryczny
- Czujnik kierunku
Systemy zasilania
Systemy elektroenergetyczne w MWD można ogólnie podzielić na jeden z dwóch typów: akumulatorowe lub turbinowe. Obydwa typy systemów elektroenergetycznych mają nieodłączne zalety i zobowiązania. W wielu systemach MWD do zasilania narzędzia MWD wykorzystywana jest kombinacja tych dwóch typów systemów zasilania, dzięki czemu zasilanie nie zostanie przerwane podczas okresowego-warunków przepływu cieczy podczas wiercenia. Baterie mogą zapewnić tę moc niezależnie od cyrkulacji-płynu wiertniczego i są niezbędne, jeśli podczas wchodzenia lub wychodzenia z odwiertu nastąpi wycinanie drewna.
Systemy akumulatorowe
Baterie litowo-chlorkowe-tionylu są powszechnie stosowane w systemach MWD ze względu na ich doskonałe połączenie wysokiej-gęstości energii i doskonałej wydajności w temperaturach roboczych MWD. Zapewniają stabilne źródło napięcia aż do końca okresu użytkowania i nie wymagają skomplikowanej elektroniki do kondycjonowania zasilania. Baterie te mają jednak ograniczoną chwilową moc wyjściową i mogą nie nadawać się do zastosowań wymagających dużego poboru prądu. Chociaż akumulatory te są bezpieczne w niższych temperaturach, to po podgrzaniu powyżej 180 stopni mogą ulec gwałtownej, przyspieszonej reakcji i eksplodować ze znaczną siłą. W rezultacie istnieją ograniczenia dotyczące transportu akumulatorów litowo--chlorku tionylu w samolotach pasażerskich. Mimo że akumulatory te są bardzo wydajne w całym okresie użytkowania, nie nadają się do ponownego ładowania, a ich utylizacja podlega surowym przepisom dotyczącym ochrony środowiska.
Układy turbinowe
Drugie źródło obfitej generacji energii, energia turbiny, wykorzystuje przepływ płynu-wiertniczego. Siła obrotowa jest przenoszona przez wirnik turbiny na alternator przez wspólny wał, generując trój-fazowy prąd przemienny (AC) o zmiennej częstotliwości. Obwody elektroniczne prostują prąd przemienny na użyteczny prąd stały (DC). Wirniki turbin tego sprzętu muszą akceptować szeroki zakres natężeń przepływu, aby dostosować się do wszystkich możliwych warunków pompowania błota. Podobnie wirniki muszą być w stanie tolerować znaczne ilości zanieczyszczeń i utraconego-materiału obiegowego (LCM) uwięzionego w płuczce wiertniczej.
Systemy telemetryczne
Telemetria impulsowa-błota to standardowa metoda w komercyjnych systemach MWD i rejestrowaniu podczas wiercenia (LWD). Systemy akustyczne transmitujące rurę wiertniczą w płuczce wiertniczej charakteryzują się tłumieniem wynoszącym około 150 dB na 1000 m.[1]Podejmowano kilka prób skonstruowania specjalnej rury wiertniczej z integralnym drutem twardym. Chociaż oferuje wyjątkowo wysokie szybkości transmisji danych, zintegrowana metoda telemetrii przewodowej wymaga:
- Drogie specjalne rury wiertnicze
- Specjalna obsługa
- Setki połączeń elektrycznych, które muszą pozostać niezawodne w trudnych warunkach
Eksplozja pomiarów odwiertowych pobudziła nowe prace w tej dziedzinie,[2]i wykazano szybkości transmisji danych przekraczające 2 000 000 bitów na sekundę.
Transmisja elektromagnetyczna o niskiej-częstotliwości ma ograniczone zastosowanie komercyjne w systemach MWD i LWD. Czasami stosuje się go, gdy jako płuczkę wiertniczą stosuje się powietrze lub piankę. Głębokość, z której można transmitować telemetrię elektromagnetyczną, jest ograniczona przewodnością i grubością leżących nad nią formacji. Repeatery lub wzmacniacze sygnału umieszczone w przewodzie wiertniczym zwiększają głębokość, z której systemy elektromagnetyczne mogą niezawodnie transmitować.
Dostępne są trzy systemy telemetrii z-impulsem błotnym: systemy z impulsem dodatnim-, impulsem ujemnym-i systemem z falą ciągłą. Systemy te zostały nazwane ze względu na sposób, w jaki ich impulsy rozchodzą się w objętości błota. Systemy z-impulsem ujemnym wytwarzają impuls ciśnienia niższy niż objętość płuczki, odprowadzając niewielką ilość płuczki z przewodu wiertniczego pod wysokim-ciśnieniem z rury wiertniczej do pierścienia. Dodatnie-systemy impulsowe powodują chwilowe ograniczenie przepływu (wyższe ciśnienie niż objętość płuczki wiertniczej) w rurze wiertniczej. Systemy-fal ciągłych tworzą częstotliwość nośną przesyłaną przez błoto i kodują dane, korzystając z przesunięć fazowych nośnej. Stosuje się wiele różnych systemów-kodowania danych, które często mają na celu optymalizację żywotności i niezawodności pulsera, ponieważ musi on przetrwać bezpośredni kontakt z ściernym strumieniem błota-pod wysokim ciśnieniem.
Telemetryczne-wykrywanie sygnału odbywa się za pomocą jednego lub większej liczby przetworników umieszczonych na rurze stojakowej platformy. Dane są wyodrębniane z sygnałów za pomocą powierzchniowego sprzętu komputerowego umieszczonego w jednostce płozowej lub na podłodze wiertnicy. Pomyślne dekodowanie danych w dużym stopniu zależy od stosunku sygnału-do-szumu.
Istnieje ścisła korelacja między wielkością sygnału a szybkością transmisji danych telemetrycznych; im wyższa szybkość transmisji danych, tym mniejszy staje się rozmiar impulsu. Większość nowoczesnych systemów ma możliwość przeprogramowania parametrów telemetrycznych narzędzia i spowolnienia-prędkości transmisji danych bez wychodzenia z dziury; jednak spowolnienie szybkości transmisji danych niekorzystnie wpływa na gęstość danych log-.
Szum sygnału
Najbardziej godnymi uwagi źródłami szumu sygnału są pompy błotne, które często wytwarzają szum o stosunkowo wysokiej-częstotliwości. Zakłócenia częstotliwości pomp prowadzą do harmonicznych, ale te szumy tła można odfiltrować za pomocą technik analogowych. Czujniki-prędkości pompy mogą być bardzo skuteczną metodą identyfikowania i usuwania szumów pompy z surowego sygnału telemetrycznego. Hałas o niższej-częstotliwości w błocie jest często generowany przez silniki wiertnicze. Głębokość studni i rodzaj błota również wpływają na amplitudę i szerokość odbieranego sygnału.- Ogólnie rzecz biorąc, muły-na bazie ropy naftowej (OBM) i błota-na bazie pseudoropy-są bardziej ściśliwe niż błota-na bazie wody; dlatego powodują największe straty sygnału. Niemniej jednak sygnały zostały odzyskane bez większych problemów z głębokości prawie 9144 m (30 000 stóp) w płynach ściśliwych.
Czujniki kierunkowe
Najnowocześniejsza technologia czujników-kierunkowych obejmuje układ trzech ortogonalnych magnetometrów z bramką strumieniową i trzech akcelerometrów. Chociaż w normalnych okolicznościach standardowe czujniki kierunkowe zapewniają akceptowalne pomiary, każde zastosowanie, w którym istnieje niepewność co do lokalizacji odwiertu dennego, może być kłopotliwe. Najnowsze tendencje do wiercenia dłuższych i bardziej złożonych odwiertów zwróciły uwagę na potrzebę stosowania standardowego modelu błędu.
Prace przeprowadzone przez Przemysłowy Komitet Sterujący ds. Dokładności Odwiertów (ISCWA) miały na celu zapewnienie standardowej metody ilościowego określania niepewności położenia wraz z powiązanymi poziomami ufności. Sklasyfikowano najważniejsze źródła błędów:
- Błędy czujnika
- Zakłócenia magnetyczne z BHA
- Nieprawidłowe ustawienie narzędzia
- Niepewność pola-magnetycznego
Oprócz niepewności co do zmierzonej głębokości, niepewności związane z badaniem odwiertów są jednym z czynników przyczyniających się do błędów w głębokości bezwzględnej. Należy pamiętać, że wszystkie metody korekcji azymutu w czasie rzeczywistym-wymagają przesłania nieprzetworzonych danych na powierzchnię, co powoduje obciążenie kanału telemetrycznego.
Rozwój MWD z nawigacją żyroskopową (żyroskopową)-oferuje znaczne korzyści w porównaniu z istniejącymi czujnikami nawigacyjnymi. Oprócz większej dokładności żyroskopy nie są podatne na zakłócenia pochodzące od pól magnetycznych. Obecna technologia żyroskopowa koncentruje się na zapewnieniu wytrzymałości mechanicznej, minimalizacji średnicy zewnętrznej i przezwyciężeniu wrażliwości na temperaturę. Głównym zastosowaniem tej technologii jest oszczędność czasu wykorzystywanego przez żyroskopy przewodowe podczas wykonywania startów z obszarów dotkniętych zakłóceniami magnetycznymi.
Środowisko pracy narzędzia i niezawodność narzędzia
Systemy MWD są stosowane w najcięższych warunkach pracy. Oczywiste warunki, takie jak wysokie ciśnienie i temperatura, są doskonale znane inżynierom i projektantom. Branża przewodowa ma długą historię skutecznego pokonywania tych warunków.
Temperatura
Większość narzędzi MWD może pracować w sposób ciągły w temperaturach do 150 stopni, a niektóre czujniki są dostępne w temperaturach do 175 stopni. Temperatury narzędzi MWD-mogą być o 20 stopni niższe niż temperatury formacji mierzone za pomocą kłód liniowych ze względu na chłodzący efekt cyrkulacji błota, zatem najwyższe temperatury napotykane przez narzędzia MWD to te mierzone podczas wchodzenia do otworu,-w którym objętość płynu wiertniczego nie krążyła przez dłuższy czas. W takich przypadkach zaleca się okresowe przerywanie krążenia podczas biegania w otworze. Używanie kolb Dewara do ochrony czujników i elektroniki przed wysokimi temperaturami jest powszechne w liniach przewodowych, gdzie czasy ekspozycji w odwiercie są zwykle krótkie, ale używanie kolb do ochrony przed temperaturą jest niepraktyczne w MWD ze względu na długie czasy ekspozycji na wysokie temperatury, które należy wytrzymać.
Ciśnienie
W przypadku systemów MWD ciśnienie w odwiercie stanowi mniejszy problem niż temperatura. Większość narzędzi zaprojektowano tak, aby wytrzymywały ciśnienie do 20 000 psi, a narzędzia specjalistyczne – do 25 000 psi. Kombinacja ciśnienia hydrostatycznego i przeciwciśnienia w układzie rzadko zbliża się do tej wartości granicznej.
Wstrząsy i wibracje w odwiercie
Wstrząsy i wibracje w odwiercie stawiają systemy MWD przed najpoważniejszymi wyzwaniami. Wbrew oczekiwaniom, wczesne testy z wykorzystaniem oprzyrządowanych systemów wiertniczych wykazały, że wielkość wstrząsów bocznych (z boku-do-boku) jest znacznie większa niż wstrząsów osiowych podczas normalnego wiercenia. Narzędzia modemowe MWD są zazwyczaj zaprojektowane tak, aby wytrzymywały wstrząsy o sile około 500 G przez 0,5 ms w ciągu 100 000 cykli. Wstrząs skrętny, wywołany przyspieszeniami skrętnymi typu stick/slip, może być również znaczący. W przypadku powtarzających się drgań/poślizgów można spodziewać się, że narzędzia zawiodą.
Statystyki niezawodności narzędzi
Wczesne prace wykonane w celu ujednolicenia pomiarów i raportowania statystyk niezawodności narzędzi MWD-koncentrowały się na zdefiniowaniu awarii i podzieleniu łącznej liczby pomyślnie przepracowanych godzin przez łączną liczbę awarii. Wynikiem tej pracy był średni-czas-między-awariami (MTBF). Jeśli dane były gromadzone przez statystycznie istotny okres (zwykle 2000 godzin), można było wyprowadzić znaczące trendy-w analizie niepowodzeń. Jednakże w miarę jak narzędzia wiertnicze stawały się coraz bardziej złożone, Międzynarodowe Stowarzyszenie Wykonawców Wierceń (IADC) opublikowało zalecenia dotyczące gromadzenia i obliczania statystyk współczynnika MTBF.
Jako wiodący na świecie producent przyrządów do pomiarów żyroskopowych, firma China Vigor w pełni zdaje sobie sprawę z kluczowej roli precyzji i niezawodności w operacjach odwiertowych. Od 2015 roku nieustannie inwestujemy w badania i udoskonalanie naszych systemów inklinometrów żyroskopowych. Obecnie narzędzia Vigor z powodzeniem działają na polach naftowych w Azji Środkowej, Europie i Afryce,-dostarczając-dane o wysokiej dokładności, które pomagają klientom znacznie skrócić-czas nieprodukcyjny.
Wyróżniającym się przykładem jest inklinometr żyroskopowy Vigor Pro-Guide Series, który zawiera-wiodący w branży algorytm kompensacji danych, który minimalizuje wartości dryfu, zapewniając niezmiennie dokładne wyniki pomiarów. Oprócz wydajności, seria Pro-Guide została zaprojektowana z myślą o solidności i łatwości konserwacji. Jego wytrzymała konstrukcja obniża całkowity koszt posiadania poprzez zmniejszenie ryzyka transportu i konserwacji, co jest głównym powodem, dla którego zyskał tak dużą aprobatę klientów.
Nasz zespół techniczny regularnie zapewnia-pomoc w zakresie logowania w witrynie i zbiera niezmiennie pozytywne opinie. Z radością informujemy, że firma China Vigor pomyślnie zakończyła testy terenowe systemów rejestrowania drewna podczas wiercenia (LWD), żyroskopu podczas wiercenia (GWD) i systemów pomiaru podczas wiercenia (MWD), a ich wprowadzenie na rynek jest obecnie w toku.
Aby dowiedzieć się, w jaki sposób seria-przewodników Vigor Pro i nasze nadchodzące technologie wiercenia mogą zwiększyć wydajność i dokładność Twoich operacji, skontaktuj się z naszym wyspecjalizowanym zespołem inżynierów. Chętnie wesprzemy Cię fachowymi rozwiązaniami i profesjonalną obsługą.
