影響高溫高壓測(cè)井儀器開(kāi)發(fā)的因素
當(dāng)今世界對(duì)石油、天然氣的強(qiáng)大需求、低投資高回報(bào)率及有限的油氣資源,使得石油天然氣勘探業(yè)趨向于在惡劣環(huán)境條件下尋找油氣藏。根據(jù)美國(guó)國(guó)家石油委員會(huì)預(yù)測(cè),到2010年,占全國(guó)總產(chǎn)量12%的天然氣將產(chǎn)自深度超過(guò)15000ft的地層。深度小于10000ft的天然氣井?dāng)?shù)量將下降。深層氣藏表現(xiàn)為高溫高壓(HPHT)特征。對(duì)于電纜測(cè)井,溫度和壓力分別超過(guò)350℉和20000psi,即定義為HPHT。
當(dāng)前及預(yù)期的HPHT鉆井活動(dòng)是投資開(kāi)發(fā)HPHT測(cè)井儀器計(jì)劃的重要參考因素。市場(chǎng)分析包括:(1)預(yù)期的鉆井井眼尺寸及各種井眼尺寸所占的比率;(2)溫度在350~400℉的HPHT鉆井?dāng)?shù)量;(3)溫度在400~450℉或450~500℉的HPHT鉆井?dāng)?shù)量;(4)由于降低儀器尺寸、解決特殊類型泥漿帶來(lái)的問(wèn)題與提高儀器溫度和壓力指標(biāo)而增加的儀器開(kāi)發(fā)成本;(5)作業(yè)者急需的能夠確定油藏性質(zhì)的測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)類型。
最近幾年,一些公司將HPHT優(yōu)勢(shì)資源組合在一起,建立起合作開(kāi)發(fā)關(guān)系。一個(gè)成功的例子是由美國(guó)能源部(DOE)化石能源辦公室于2002年發(fā)起、由聯(lián)邦政府與私人企業(yè)合作開(kāi)發(fā)的Deep Trek項(xiàng)目,該項(xiàng)目旨在幫助作業(yè)者開(kāi)發(fā)深度超過(guò)15000ft、儲(chǔ)量約1250億ft3的天然氣藏。該項(xiàng)目主要開(kāi)發(fā)應(yīng)用于深層油氣藏、適用于HPHT腐蝕性環(huán)境條件、經(jīng)濟(jì)有效的“智能”鉆井系統(tǒng)。參與該項(xiàng)目的一些私人公司同時(shí)也研究適用于電纜測(cè)井的電子器件。例如,Honeywell公司計(jì)劃開(kāi)發(fā)用于深層天然氣鉆井系統(tǒng)的系列高溫電子元器件。該公司計(jì)劃利用并改善現(xiàn)有的電子元件制造技術(shù),使之適用于嚴(yán)酷的深井環(huán)境條件。該公司將其技術(shù)優(yōu)勢(shì)應(yīng)用于常規(guī)測(cè)井技術(shù)。E-Spectrum技術(shù)有限公司與德州大學(xué)空間研究中心合作開(kāi)發(fā)無(wú)線電磁遙測(cè)系統(tǒng),該系統(tǒng)用于深層天然氣開(kāi)發(fā)及其它深度超過(guò)20000ft、溫度超過(guò)392℉的高溫鉆井作業(yè)??煽康木聰?shù)據(jù)通訊系統(tǒng)能獲取MWD、LWD和隨鉆地震測(cè)量數(shù)據(jù)。這些研究工作具有極大的應(yīng)用潛能,將來(lái)也可用于電纜測(cè)井系統(tǒng)。
在HPHT測(cè)井儀器開(kāi)發(fā)過(guò)程中,必須考慮的因素包括:(1)能承受高壓的加厚承壓外殼材料;(2)儀器的抗張力和抗壓縮強(qiáng)度,能適應(yīng)在目的深度及特殊井眼尺寸下打撈作業(yè)對(duì)機(jī)械強(qiáng)度的要求;(3)更嚴(yán)格的機(jī)械加工公差要求;(4)設(shè)計(jì)一定數(shù)量承受深井高壓的自動(dòng)保險(xiǎn)裝置;(5)由于HPHT測(cè)井儀器工作于嚴(yán)酷的高溫高壓環(huán)境條件下,因此多數(shù)元器件的使用壽命都不長(zhǎng),測(cè)井儀器預(yù)防性維修范圍和頻率都很高,因此,儀器必須具備維修簡(jiǎn)便的特點(diǎn)。
在惡劣環(huán)境條件下進(jìn)行“科學(xué)試驗(yàn)”的機(jī)會(huì)極少。因此,為超高溫高壓環(huán)境條件設(shè)計(jì)的測(cè)井儀器只能在模擬環(huán)境條件的“振動(dòng)-加溫”試驗(yàn)井的受控環(huán)境下進(jìn)行。HPHT儀器承壓外殼使用的不同合金材料對(duì)儀器響應(yīng)的影響也不同,因此必須重新對(duì)HPHT儀器性能進(jìn)行表征,才能保證在HPHT環(huán)境條件下獲得準(zhǔn)確的測(cè)量結(jié)果。
市場(chǎng)需求推動(dòng)HPHT測(cè)井儀器的開(kāi)發(fā)。當(dāng)確定市場(chǎng)需要后,將開(kāi)發(fā)理念深入到儀器研發(fā)的各個(gè)方面。開(kāi)發(fā)出的惡劣環(huán)境條件下的測(cè)井儀器樣機(jī)在實(shí)際環(huán)境條件下的試驗(yàn)機(jī)會(huì)極少,因此多數(shù)實(shí)驗(yàn)只能在受控實(shí)驗(yàn)環(huán)境下完成。測(cè)前計(jì)劃和準(zhǔn)備工作是成功完成HPHT測(cè)井任務(wù)的關(guān)鍵。從儀器傳送模擬到測(cè)后儀器維護(hù),都是HPHT測(cè)井作業(yè)不可或缺的重要組成部分。對(duì)惡劣環(huán)境地區(qū)的測(cè)井人員提供培訓(xùn),并充分利用他們的作業(yè)經(jīng)驗(yàn),將能夠解決HPHT測(cè)井作業(yè)困難。
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