3.1.1 Esquema de aplicación de la tecnología de recopilación y transmisión de datos de fondo de pozo durante la perforación de pozos ultraprofundos
3.1.1.1 La selección científica del sitio será fundamental para el éxito o el fracaso de los pozos ultraprofundos. Función de perforación de pozos y recopilación de datos de fondo de pozo
Como se mencionó anteriormente, si se calcula de acuerdo con el gradiente geotérmico de 3 ℃/100 m, la temperatura de la formación en el fondo de 13000 m es de 390 ℃ si se calcula de acuerdo con la fórmula (1.1; ), la temperatura del fluido de perforación que circula en el fondo del pozo es 318,56 ℃. Una temperatura tan elevada es "fatal" para los instrumentos de detección electrónicos. Si la presión de la columna de agua en el fondo del pozo no se puede cambiar artificialmente, la amenaza de altas temperaturas en el fondo del pozo se puede evitar o debilitar mediante la selección científica del sitio.
Investigaciones realizadas por geólogos rusos han demostrado que en áreas con movimientos tectónicos tranquilos (la Placa Báltica entra en esta categoría) la tendencia general del gradiente geotérmico es de 0,8 a 1°C/100 m. El geólogo ruso David Huberman seleccionó sabiamente el pozo СГ-3 en esta zona en mayo de 1970 (Figura 3.1), creando así buenas condiciones para el éxito de los trabajos de perforación. Naturalmente, debido al mayor contenido de elementos radiactivos en las formaciones rocosas profundas, la temperatura medida en el pozo СГ-3 alcanzó aproximadamente 180°C a una profundidad de 10 km y 212°C a una profundidad de aproximadamente 12 km. Esto también muestra que, aunque pueden ocurrir anomalías de temperatura en formaciones rocosas locales profundas, el gradiente de aumento de temperatura no es de ninguna manera de 3 °C/100 m en todas partes de la corteza terrestre. Por lo tanto, la selección científica del sitio es una base importante para el éxito de las formaciones ultraprofundas. proyectos de perforación de pozos y recolección y transmisión de datos.
Figura 3.1 La posición del pozo СГ-3 y la torre de perforación del pozo СГ-3 seleccionada por David Huberman en mayo de 1970
Para obtener el valor de temperatura real, los expertos rusos utilizaron A Un termómetro autocontrolado instalado en la sarta de perforación mide directamente la temperatura en condiciones de circulación del fluido de lavado. Los datos de temperatura medidos por los instrumentos tipo ГCPT-4 y ГH4 se muestran en la Tabla 3.1 y la Tabla 3.2. Los gráficos de curvas basados en los datos anteriores se muestran en la Figura 3.2 a la Figura 3.4.
Tabla 3.1 Datos de temperatura medida con el instrumento ГCPT-4
Tabla 3.2 Datos de temperatura medida con el instrumento ГH4
Figura 3.2 Diagrama de distribución de temperatura en el pozo
Figura 3.3 La relación entre la recuperación de temperatura y el tiempo
Figura 3.4 Cambios en la temperatura en el pozo durante la perforación de lavado (profundidad del pozo 6015 m)
Análisis de la medición de temperatura real datos en el pozo, se pueden sacar las siguientes conclusiones:
1) Al perforar o limpiar el pozo, la diferencia de temperatura entre el fluido de lavado en los puntos de medición superior e inferior no excede los 40 °C, y los cambios de temperatura con la profundidad del pozo obedecen a una ley de línea recta. La zona de equilibrio del gradiente de temperatura en condiciones de fluido de lavado interno estático y en circulación (caudal: 30-40 L/s) se encuentra a una profundidad de 5 km, con una temperatura de alrededor de 75°C (ver Figura 3.2).
2) Siempre que se garantice la circulación, es posible controlar la temperatura en el pozo por debajo de 150°C. La temperatura en el pozo tardará un cierto tiempo en recuperarse después de detener la circulación. La Figura 3.4 muestra que la temperatura solo aumenta de 3 a 5 °C después de detener la circulación durante 30 minutos; durante este período de tiempo, se puede completar la medición y recopilación de datos del fondo del pozo; recuperarse por completo es de aproximadamente 40 horas, y durante este período de tiempo, hay tiempo para que los instrumentos del fondo del pozo floten por sí solos o sean rescatados. El análisis de la velocidad de recuperación del campo térmico muestra que el radio de influencia térmica en la parte inferior del pozo de perforación es mucho menor que en la zona por encima de los 5 km, y la temperatura medida en el fondo del pozo es relativamente cercana a la calculada. valor basado en el gradiente geotérmico.
Al analizar los resultados reales de la medición de temperatura (Figura 3.2), se puede ver que, aunque la tendencia es la misma que los resultados de la simulación en la Figura 1.5 en "1.3.1 Predicción de temperatura de fondo de pozo ultraprofundo" en En este informe, todavía hay grandes diferencias:
1) El cambio de la temperatura real medida con la profundidad del pozo obedece básicamente a la ley de la línea recta, en lugar de a la ley de la curva de los resultados de la simulación. La razón puede ser que la selección de parámetros de condición durante la simulación por computadora no sea razonable.
2) La zona de equilibrio del gradiente de temperatura en el pozo medido se encuentra a una profundidad de 5 km con una temperatura de 75 ℃, en lugar de 10 ~ 10,5 km y una temperatura superior a 300 ℃ como se muestra en los resultados de la simulación. . La razón es que el gradiente geotérmico seleccionado es diferente. El gradiente geotérmico general del pozo СГ-3 en Rusia es de 0,8 ~ 1 ℃/100 m, y es de 1,8 ℃/100 m después de 10 km, mientras que el gradiente geotérmico que suponemos es de 3 ℃/100 m. 100 metros. Esto también ilustra aún más lo importante que es la selección científica del sitio.
Además, el KTB alemán ha discutido más de 40 lugares de perforación en Alemania. Teniendo en cuenta las condiciones geológicas y la expectativa de un bajo gradiente geotérmico, se cree que están ubicados en el flanco oeste del río. Colinas de Bohemia y al este de la falla de Franconia. La ubicación del pozo es mejor a 4 km. Dado que el gradiente geotérmico de la ubicación del pozo seleccionado por KTB es inferior a 3 ℃/100 m, la temperatura de circulación del fluido de perforación en el pozo es de 168 ℃ a 7 km y 197 ℃ a 8 km, que son significativamente más bajas que el valor teórico.
Para dar otro ejemplo, cuando el pozo P204-2h en el campo de gas de Puguang en Sichuan, mi país, fue perforado a una profundidad de 7010 m en septiembre de 2007 (Instituto de Perforación Zhongyuan), la temperatura estática en el fondo del pozo era 153°C, no los 210°C teóricos.
Por lo tanto, si en el futuro se implementan proyectos de perforación profunda, se debería pedir a los geólogos que seleccionen científicamente los sitios y traten de evitar los requisitos de altas temperaturas. Esto puede reducir muchas dificultades en los trabajos de perforación y también puede ahorrar costes significativamente.
3.1.1.2 Esquema de aplicación de la tecnología de recopilación y transmisión de datos de fondo de pozo durante la perforación de pozos ultraprofundos
(1) Ideología rectora de la recopilación y transmisión de datos de fondo de pozo
1 ) Creemos que los pozos de perforación científica no son pozos direccionales y no hay necesidad de utilizar costosos instrumentos de medición durante la perforación MWD durante todo el proceso de perforación.
2) Los instrumentos importados de medición durante la perforación son más confiables y tienen un largo tiempo de trabajo continuo en el pozo (alimentados por un generador de fondo de pozo), pero son costosos (de 8 a 12 millones de yuanes por conjunto) y tienen una vida útil limitada para los accesorios. La calidad actual de los instrumentos domésticos también es muy estable y el precio es barato (de 3 a 6 millones de yuanes por conjunto), pero el tiempo de trabajo continuo es corto (alimentados por cartuchos de batería) y el. El servicio postventa es rápido. Para la perforación científica, el uso de instrumentos nacionales no sólo puede reducir los costos sino también garantizar la calidad de la perforación.
3) Vale la pena aprender de los procedimientos de trabajo reales de la perforación petrolera. En la etapa de perforación de pozos verticales, no se utilizan costosas mediciones de MWD durante la perforación. En cambio, se utilizan inclinómetros electrónicos multipunto domésticos para recopilar datos del fondo del pozo cada vez que se inicia la perforación. También se pueden usar inclinómetros de un solo punto de tipo salvamento al agregar. separadores o inclinómetro autoflotante para volver a realizar la prueba. Confirme que la perforación haya producido una inclinación obvia del orificio, o cuando sea necesaria una corrección de orientación e inclinación antes de proceder a medir la MWD durante la perforación. El uso del método anterior no sólo puede reducir significativamente los costos, sino también facilitar el rescate de instrumentos para abandonar rápidamente el área de alta temperatura en el fondo del pozo. La premisa de este método es que el extremo inferior de la sarta de perforación debe estar equipado con un portamecha no magnético y un soporte para instrumentos.
(2) Esquema de aplicación de la tecnología de recopilación y transmisión de datos en el fondo del pozo
Los datos en el pozo que deben recopilarse durante la perforación incluyen: ángulo superior del pozo, ángulo de azimut, ángulo de la herramienta, temperatura , presión anular. Teniendo en cuenta las condiciones de resistencia a la temperatura y presión del instrumento y las limitaciones de profundidad de la señal de transmisión del pulso de lodo, se planea dividir todo el pozo ultraprofundo en tres secciones y utilizar diferentes esquemas de adquisición y transmisión de datos, respectivamente.
1) De pozo poco profundo a una sección de pozo de 7000 m
a. Utilice un inclinómetro electrónico multipunto (Fig. 3.5) en la sección del pozo vertical, colóquelo en la cavidad de la tubería de perforación cuando taladrar y configurar Verifique el tiempo de medición de cada punto y lea los datos correspondientes a la profundidad del orificio después de perforar. El diámetro exterior del instrumento es Φ45 (50) mm y las condiciones de operación son 250 °C/150 MPa;
Figura 3.5 Inclinómetro doméstico multipunto
b. El inclinómetro doméstico de rescate de un solo punto (Figura 3.6) y el inclinómetro autoflotante (Figura 3.6) también se pueden utilizar en el pozo vertical. sección Figura 3.7) Realizar nueva prueba. Al agregar la tubería de perforación, use un cable para colocar el inclinómetro de un solo punto en la cavidad interna de la tubería de perforación. Cuando llegue al asiento del instrumento del collarín de perforación no magnético, permanecerá durante 2 minutos para completar la medición y. la lectura se tomará después de la pesca. La medición de "punto fijo autoflotante" proporciona una medición precisa autoflotante en condiciones de vibración. El instrumento puede detener la bomba cuando la presión de la bomba aumenta en 1MPa cuando alcanza el punto de medición. Se puede completar una medición precisa en el corto tiempo "silencioso" desde que la bomba se detiene hasta que el instrumento comienza a flotar, lo que ahorra mucho tiempo en comparación con los métodos inclinómetros tradicionales. El diámetro exterior del instrumento es Φ45 (50) mm y las condiciones de funcionamiento son 250 ℃/150 MPa.
Figura 3.6 Inclinómetro de punto único de tipo rescate doméstico
Figura 3.7 Inclinómetro de punto fijo autoflotante
c. necesario Durante la corrección de orientación e inclinación, el MWD se mide durante la perforación. Los instrumentos opcionales incluyen productos MWD importados de Schlumberger, Harry Burton, Baker Hughes y otras empresas y productos MWD nacionales de Zhongtian Qiming, Hailan y otras empresas. La temperatura máxima y la presión de la columna de líquido que pueden soportar también son ligeramente diferentes.
Aquí hay algunos ejemplos representativos para ilustrar:
El sistema de medición de alta velocidad durante la perforación TeleScope de Schlumberger (Figura 3.8) utiliza el principio de telemetría de pulso positivo de lodo y adopta comunicación bidireccional para permitir la no producción. se reduce en un 10%, la velocidad de transmisión de datos aumenta 3 veces y aún se pueden realizar operaciones normales de registro y perforación cuando se descargan los datos. Rango de medición de inclinación del pozo (ángulo superior) 0°~180° (precisión ±0,1°), rango de ángulo de acimut 0°~360° (±1,0°), precisión del ángulo de la cara de la herramienta de gravedad ±1,0° (Inc>10°), magnético El ángulo de la cara de la herramienta es ±2,25° (DipEl inclinómetro ZT-MWD de Zhongtian Qiming Company mientras se perfora (imitación del Hliborton estadounidense, Figura 3.9) es impulsado por un generador de turbina subterráneo y utiliza la señal positiva de pulso de lodo. para recopilar Los datos de la trayectoria del pozo y de la cara de la herramienta de dirección se transmiten a la superficie con precisión de ángulo de inclinación del pozo (ángulo superior) ±0,1°, ángulo de acimut ±1,5°, cara de herramienta magnética, cara de herramienta de borde alto (Inc>10°, Inmersión
Figura 3.8 Medición de alta velocidad del Telescopio Schlumberger durante la perforación del sistema
Figura 3.9 Inclinómetro ZT-MWD durante la perforación de Zhongtian Qiming Company
d. subterráneo La tecnología de transmisión de datos utilizada en el esquema de adquisición de datos también es diferente. Entre ellos, los inclinómetros electrónicos multipunto domésticos, los inclinómetros de un solo punto y los inclinómetros autoflotantes utilizan almacenamiento subterráneo y reproducción en superficie, mientras que Schlumberger El inclinómetro MWD de Hezhongtian Qiming; La empresa utiliza la transmisión en tiempo real de señales de pulso de lodo y la recepción en tiempo real en la superficie, lo que puede ahorrar tiempo de operación auxiliar para la medición.
2) La sección del pozo de 7000-10000 m. >En primer lugar, estimemos la temperatura en la sección del pozo de 7000-10000 m. La base utilizada es: Primero, la experiencia adquirida por Kutasov basada en una gran cantidad de datos de temperatura de circulación del fluido de perforación mientras perforaba en el área de Mississippi. Estados Unidos. Fórmula (Ecuación 1.1); la segunda es la curva medida del pozo ruso СГ-3 (Figura 3.2). Los resultados estimados se muestran en la Tabla 3.3. en la sección del pozo de 7000-10000 m
Se puede ver en la Tabla 3.3:
a. Bueno, entonces aún se puede utilizar el sistema de medición de alta velocidad durante la perforación Schlumberger TeleScope (consulte la Figura 3.8). Debido a que su placa de circuito interno puede soportar vibraciones extremas, la resistencia a la temperatura de los componentes subterráneos puede alcanzar los 175 °C.
b. Si la temperatura real en el pozo alcanza el valor calculado según la fórmula empírica (Ecuación 1.1). Debido a la influencia de la temperatura en el pozo, es imposible utilizar la medición electrónica actual durante la perforación MWD. Por empresas nacionales y extranjeras, solo se puede utilizar el inclinómetro inalámbrico mecánico desarrollado por el Instituto de Investigación de Tecnología de Perforación Shengli (Figura 3.10). Tiene una diferencia significativa con el MWD. La diferencia es que su instrumento de fondo de pozo es un mecanismo puramente mecánico. La desviación del pozo, la conversión de información y el control del generador de impulsos se completan mediante dispositivos mecánicos. El instrumento de fondo de pozo no tiene circuitos ni componentes electrónicos complejos y no requiere fuente de alimentación (ángulo de vértice). Rango de medición: 0 ~ 10,5. ° (precisión de la medición 0,5 °) o 1 ~ 17,0 ° (precisión 1 °), temperatura máxima de funcionamiento 260 °C, profundidad máxima del pozo aplicable 9000 m El canal de transmisión de la señal sigue siendo pulso de lodo, transmisión subterránea en tiempo real. Recepción en superficie.
Figura 3.10 Inclinómetro mecánico inalámbrico desarrollado por el Instituto de Investigación de Tecnología de Perforación Shengli
Si se considera el costo, aún se pueden usar inclinómetros electrónicos domésticos multipunto e inclinómetros de un solo punto. Inclinómetro electrónico o auto -inclinómetro flotante.
c Debido a que el inclinómetro electrónico multipunto requiere un aumento de la temperatura ambiente de ≯90 ℃/4 h, el collar de perforación no magnético (instrumento incorporado) se puede elevar a una sección del orificio de más de 5 km con un disparo en 4 h. En este caso se puede utilizar un inclinómetro electrónico multipunto. De lo contrario, solo se pueden utilizar inclinómetros electrónicos de un solo punto e inclinómetros autoflotantes. Pueden funcionar a 250°C durante 6 horas y luego deben regresar a un ambiente de ≯150°C. Teniendo en cuenta la rápida velocidad de la pesca con cable. El inclinómetro es autoflotante. A una velocidad de 100 m/min, pueden entrar en la sección del pozo de más de 5 km en 50 min. Se puede garantizar la seguridad de los datos.
d Sin embargo, si la temperatura real en el orificio supera los 250 °C en condiciones de circulación, el instrumento no puede equiparse con sensores de temperatura y presión porque la temperatura ambiente es demasiado alta y solo puede medir la temperatura. Ángulo de inclinación y orientación del pozo.
Por lo tanto, antes de elegir un instrumento de perforación, primero debe intentar medir la temperatura ambiente en el orificio.
3) Sección del pozo de 10000 ~ 13000 m
a Debido a que la temperatura y la presión en el pozo son demasiado altas, es imposible utilizar la medición electrónica actual durante la perforación MWD producida por equipos domésticos. y empresas extranjeras, incluso si la perforación tiene éxito. Tampoco se puede utilizar el inclinómetro mecánico inalámbrico durante la perforación desarrollado por el Instituto de Investigación Tecnológica. Sólo se pueden utilizar inclinómetros electrónicos de un solo punto e inclinómetros autoflotantes que puedan regresar a un entorno de ≯150 ℃ en 6 horas. Y solo puede medir datos de ángulos (el sensor está en el cilindro de aislamiento térmico y mantenimiento de presión).
b Dado que no existe un sensor de temperatura que pueda soportar temperaturas superiores a 300 °C, solo se pueden usar termopares + sensores de presión resistentes a altas temperaturas + cilindros de aislamiento térmico y preservación de presión + cabrestantes de pesca con cable rápido. Se utiliza para medir la temperatura estática y la presión en el fondo del pozo. Algunas empresas han dicho que pueden desarrollarlo.
En resumen, en la Figura 3.11 se muestra el esquema de aplicación de la tecnología de adquisición y transmisión de datos de fondo de pozo durante la perforación de pozos ultraprofundos.
Figura 3.11 Diagrama esquemático del esquema de aplicación de la tecnología de recolección y transmisión de datos de fondo de pozo durante el proceso de perforación de pozos ultraprofundos
3.1.2 Esquema de aplicación de la tecnología de recolección y transmisión de datos de superficie durante el proceso de perforación ultraprofunda proceso de perforación de pozos profundos
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Actualmente hay muchos instrumentos opcionales disponibles para la detección, preprocesamiento y visualización de parámetros de perforación en superficie. La práctica de perforación científica en el Mar Oriental de China y Wenchuan ha demostrado que sistemas como el "Martin-Deck" importado y el "Shenkai" nacional pueden satisfacer las necesidades de la perforación científica profunda. Podemos comenzar desde la tarea de perforación científica, consultar las categorías de parámetros, cantidades y funciones recopiladas en tiempo real durante el proceso de perforación del pozo ultraprofundo СГ-3 de Rusia que se enumeran en la Tabla 1.1, y seleccionar o personalizar la detección de parámetros de perforación de superficie apropiados. instrumentos basados en el presupuesto de costos del instrumento.
Basado en una extensa investigación, se recomienda utilizar el instrumento de perforación "Shenkai" SK-2Z16 de producción nacional (Figura 3.12). Puede medir directamente más de 20 parámetros y derivar casi cien parámetros. Todos los parámetros y las curvas correspondientes se pueden personalizar y mostrar arbitrariamente a través de la pantalla táctil. Los parámetros comunes son los siguientes:
Figura 3.12 "Shenkai" nacional. Pantalla de visualización de parámetros de perforación SK-2Z16
1) Peso colgante del gancho: 0～4000kN o 0～2500kN;
2) Peso de perforación: 0～500kN
4) Par de la plataforma giratoria: 0～100kN·m;
5) Par de la abrazadera de elevación: 0～ 100kN·m; >
6) Velocidad de la plataforma giratoria: 0～1920r/min;
7) Carrera de la bomba: 0～1920 carreras/min (incluyendo carrera de la bomba 1, carrera de la bomba 2, descarga de la bomba 3);
8) Descarga total de la bomba: 0~106 mil descargas;
9) Hidrocarburo total: 0~100%;
10) Volumen de retorno de lodo: 0~100 %;
11) Profundidad del pozo: 0~9999,99 m (se puede requerir que el instrumento refleje 13000 m);
12) Tiempo de perforación: 0~ 600 min/m; >
13) Por encima del fondo del pozo: 0~9999,99 m (igual que arriba);
14) Tiempo de perforación: 0~1000 h
15) Perforación; metraje de bits: 0~9999,99 m (igual que arriba);
16) Posición del gancho: 0~50 m.
El sistema de sensor de parámetros de perforación adopta la tecnología de bus CAN avanzada internacionalmente, que simplifica el cableado y la estructura del sistema, logra una transmisión digital completa, deriva cero, alta precisión, alta confiabilidad y se puede expandir arbitrariamente.
La parte frontal y posterior del instrumento de parámetros de perforación utiliza tecnología de red inalámbrica para transmitir datos, admite tecnología de acceso remoto a datos y permite compartir datos a través de la red. Se pueden configurar varias computadoras a través de la LAN (Figura 3.13). .
Figura 3.13 Diagrama esquemático de la tecnología de bus CAN y la tecnología de transmisión de red inalámbrica del instrumento de parámetros de perforación SK-2Z16 "Shenkai"
Este instrumento de parámetros de perforación puede proporcionar una interfaz de datos combinada con MWD ( Fig. 3.14), la inclinación del pozo, el azimut y otros datos de los instrumentos de fondo de pozo están conectados al sistema, y la inclinación del pozo, el desplazamiento horizontal, el desplazamiento vertical, el ángulo de azimut y la profundidad vertical del pozo durante el proceso de perforación se pueden calcular en tiempo real. Realice un seguimiento de la trayectoria del pozo en tiempo real, guíe las operaciones del perforador y mejore la puntualidad de la perforación.
Figura 3.14 Diagrama esquemático del instrumento de parámetros de perforación "Shenkai" combinado con MWD para integrar la inclinación, orientación y otros datos de los instrumentos de fondo de pozo en el sistema.
El instrumento de parámetros de perforación puede realizar Adquisición de datos a través de satélites La transmisión remota permite que las bases traseras compartan información de perforación en el sitio a través de la red (Figura 3.15).
Figura 3.15 El instrumento de parámetros de perforación puede realizar una transmisión remota de datos a través de satélite y compartir información de perforación en el sitio a través de la red