專(zhuān)利名稱(chēng)：鉆井和從地下巖層生產(chǎn)油氣的方法
鉆井和從地下巖層生產(chǎn)油氣的方法
相關(guān)申請(qǐng)的交叉參考 本申請(qǐng)要求于2005年11月18日提交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng) 60/738,146的權(quán)益和于2006年6月28日提交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng) 60/817,234的權(quán)益。
背景本部分意圖向讀者介紹本領(lǐng)域的各個(gè)方面，這可能與下面描述 的和/或要求保護(hù)的本技術(shù)的示例性實(shí)施方式有關(guān)。該討論被認(rèn)為有助 于為讀者提供便于更好理解本技術(shù)的具體方面的信息。因此，應(yīng)當(dāng)理 解，這些陳述將按此閱讀，而不必被理解為對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的承認(rèn)。
油氣的生產(chǎn)，例如油和氣，已進(jìn)行了許多年。為生產(chǎn)這些油氣， 在油田中，一口或多口井通常被鉆至地下位置，其一般被稱(chēng)為地下巖 層或地下盆地。從地下位置生產(chǎn)油氣的方法通常包括從方案選擇階段 到生產(chǎn)階段的各個(gè)開(kāi)發(fā)階段。開(kāi)發(fā)階段之一包括鉆井作業(yè)，其形成地 下位置到地表的流體路程。鉆井作業(yè)可包括利用不同的設(shè)備，例如水 力系統(tǒng)、鉆頭、電動(dòng)機(jī)等，其被用于鉆至目標(biāo)深度。
—般而言，鉆井作業(yè)可能是昂貴的和耗時(shí)的過(guò)程。例如，復(fù)合 井的鉆井成本可以高達(dá)一天500,000美元，并且鉆六個(gè)月或更長(zhǎng)，以到 達(dá)目標(biāo)深度。因此，鉆井時(shí)間的任何縮短代表井的總成本的潛在節(jié)約。 也就是說(shuō)，鉆井作業(yè)到達(dá)具體的目標(biāo)深度越快，井可越快用于生產(chǎn)油 氣，而建井的成本越不昂貴。典型地，通過(guò)與同一油田中以前鉆出的其它井之間的性能相互 比較，評(píng)價(jià)鉆井速度。然而，該方法不能確認(rèn)比較井以有效的方式被 鉆出。實(shí)際上，兩口井可能都以效率低的方式被鉆出，其受到同一塌積(founder)問(wèn)題或鉆井問(wèn)題的限制。結(jié)果，鉆井作業(yè)可能被不必要 地延遲和變得昂貴。
此外，其它技術(shù)包括使用機(jī)械比能(mechanical specific energy) (MSE)數(shù)據(jù)來(lái)優(yōu)化單井參數(shù)的操作。見(jiàn)，MS五-^so/
Research Disclosure 459049 (2002 年 7 月) <http:〃www.researchdisclosure.com〉， 其在本文被禾爾為 "Research Disclosure 459049"。采用該方法，MSE數(shù)據(jù)被用來(lái)調(diào)節(jié)作業(yè)參數(shù)，以 及指示隨后的井是否正遇到問(wèn)題。然而，僅使用MSE數(shù)據(jù)未對(duì)限制鉆 進(jìn)速度的因素提供明確的見(jiàn)解。因此，存在基于MSR數(shù)據(jù)和其它測(cè)量數(shù)據(jù)在井內(nèi)控制鉆井作 業(yè)和增加鉆井速度的方法和裝置的需求。
發(fā)明概述在一個(gè)實(shí)施方式中，描述了鉆井的方法。所述方法包括鑒別含 有油氣的油田。然后，至少一口井被鉆至所述油田的地下位置，為油 氣提供到達(dá)生產(chǎn)設(shè)施的流體流動(dòng)路程。如下進(jìn)行鉆井(i)通過(guò)分析在 前的井的歷史機(jī)械比能數(shù)據(jù)和相關(guān)數(shù)據(jù)來(lái)確定先前限制鉆井速度的多 個(gè)限制因素之一，估計(jì)所述至少一口井之一的鉆井速度；(ii)通過(guò)設(shè)計(jì) 和操作實(shí)踐的調(diào)整，確定有效的鉆井方法，以解決所述限制因素；(iii) 在所述至少一口井之一的鉆井過(guò)程中，獲得機(jī)械比能(MSE)數(shù)據(jù)和其它 測(cè)量數(shù)據(jù)；(iv)使用得到的MSE數(shù)據(jù)和其它測(cè)量數(shù)據(jù)，確定限制所述 鉆井速度的多個(gè)限制因素之一；(v)調(diào)整鉆井作業(yè)，以減輕所述多個(gè)限 制因素之一；以及迭代重復(fù)步驟(i)-(v)，直至通過(guò)鉆井作業(yè)到達(dá)所述地 下位置。然后，從所述井的至少一口生產(chǎn)油氣。 在第一可選的實(shí)施方式中，描述了生產(chǎn)油氣的方法。所述方法 包括鉆多口井至至少一個(gè)地下位置，為油氣提供到達(dá)生產(chǎn)設(shè)施的流體 流動(dòng)路程。鉆井包括(i)估計(jì)所述多口井之一的鉆井速度；(ii)在所述井 之一的鉆井過(guò)程中，獲得機(jī)械比能(MSE)數(shù)據(jù)和其它測(cè)量數(shù)據(jù)；(iii)使 用得到的MSE數(shù)據(jù)和其它測(cè)量數(shù)據(jù)，確定限制所述鉆井速度的多個(gè)限 制因素之一；(iv)調(diào)整鉆井作業(yè)，以減輕所述多個(gè)塌積限制因素(founderlimiter)之一；和(v)迭代重復(fù)步驟(i)-(iv)，直至通過(guò)鉆井作業(yè)到達(dá)所述 地下位置。然后，從所述多口井之一生產(chǎn)油氣。在第二可選的實(shí)施方式中，描述了生產(chǎn)油氣的另一種方法。在 該方法中，估計(jì)為油氣提供從地下位置到生產(chǎn)設(shè)施的流體流動(dòng)路程的 井的鉆井作業(yè)的鉆井速度。然后，在所述井的鉆井期間，獲得實(shí)時(shí)機(jī) 械比能(MSE)數(shù)據(jù)和其它測(cè)量數(shù)據(jù)。利用所述數(shù)據(jù)，確定限制所述 鉆井速度的多個(gè)限制因素之一。然后，調(diào)整所述鉆井作業(yè)，以減輕所 述多個(gè)塌積限制因素之一。這些步驟的每一個(gè)都被重復(fù)，直至通過(guò)所 述鉆井作業(yè)到達(dá)所述地下位置。在第三可選的實(shí)施方式中，描述了生產(chǎn)油氣的仍另一種方法。 所述方法包括在鉆井作業(yè)期間，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)機(jī)械比能(MSE)數(shù)據(jù)和振動(dòng)數(shù) 據(jù)。將MSE數(shù)據(jù)和振動(dòng)數(shù)據(jù)與先前產(chǎn)生的MSE數(shù)據(jù)和振動(dòng)數(shù)據(jù)比較， 以確定限制鉆井速度的多個(gè)因素的至少一個(gè)。然后，基于所述比較， 調(diào)整鉆井作業(yè)，以增加鉆井速度。在第四可選的實(shí)施方式中，描述了生產(chǎn)油氣的又一種方法。所 述方法包括(a)與鉆井同歩，獲得所述井的機(jī)械比能(MSE)數(shù)據(jù)和其它測(cè) 量數(shù)據(jù)，(b)分析所述MSE數(shù)據(jù)和其它測(cè)量數(shù)據(jù)，以確定限制鉆井速度 的多個(gè)限制因素之一，和(c)基于步驟(b)中的分析，調(diào)整鉆井作業(yè)，解 決所述多個(gè)限制因素之一，以增加鉆井速度。步驟(a)至(c)被重復(fù)至少 另外一次，直至到達(dá)所述井的目標(biāo)深度。然后，從通過(guò)鉆井作業(yè)進(jìn)入 的地下儲(chǔ)層生產(chǎn)油氣。在第五個(gè)實(shí)施方式中，描述了生產(chǎn)油氣的方法。所述方法包括 鉆第一井，同步鉆第二井。在所述第一井的鉆井期間，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)機(jī)械 比能(MSE)數(shù)據(jù)和振動(dòng)數(shù)據(jù)。MSE數(shù)據(jù)和振動(dòng)數(shù)據(jù)被比較，以確定限 制所述第一井的鉆井速度的多個(gè)因素的至少一個(gè)。然后，基于所述比 較，調(diào)整所述第二井中的鉆井作業(yè)，以增加所述第二井中的鉆井速度。
在第六個(gè)實(shí)施方式中，描述了生產(chǎn)油氣的方法。所述方法包括 分析來(lái)自在前的井的歷史機(jī)械比能(MSE)數(shù)據(jù)和其它歷史測(cè)量數(shù)據(jù)，以 確定限制所述在前的井的鉆井速度的多個(gè)初步因素之一；選擇鉆井部 件和鉆井操作，以減輕所述多個(gè)初步因素的至少一個(gè)；利用所述鉆井 部件和鉆井操作，鉆當(dāng)前井；在所述當(dāng)前井的鉆井期間，對(duì)于多個(gè)限制鉆井作業(yè)的當(dāng)前因素的至少一個(gè)，觀(guān)察MSE數(shù)據(jù)和其它測(cè)量數(shù)據(jù)； 利用在后續(xù)的鉆井部件和后續(xù)的鉆井操作的選擇過(guò)程中的觀(guān)察，減輕 后續(xù)井的多個(gè)當(dāng)前因素的至少一個(gè)；以及在相似井的方案中，對(duì)于每 一后續(xù)井重復(fù)上述的步驟。
附圖簡(jiǎn)述在閱讀了下面的詳細(xì)描述并參考附圖后，本技術(shù)的前述優(yōu)勢(shì)和
其它優(yōu)勢(shì)可變得明顯，其中

圖1是根據(jù)本技術(shù)的某些方面的示例性生產(chǎn)系統(tǒng)；圖2是根據(jù)本技術(shù)的方面在圖1中的井之一的塌積限制因素的 示例性圖；圖3是根據(jù)本技術(shù)的方面用于圖1的井的鉆井過(guò)程的示例性流 程圖；圖4是根據(jù)本技術(shù)的某些方面用于圖1的鉆井系統(tǒng)的示例性系 統(tǒng)；圖5A-5D是根據(jù)本技術(shù)的某些方面在圖1的鉆井系統(tǒng)中提供 的、與鉆頭泥包相關(guān)的示例性圖；圖6是根據(jù)本技術(shù)的某些方面在圖1的鉆井系統(tǒng)中提供的、與 井底泥包相關(guān)的示例性圖；和圖7A-7K是根據(jù)本技術(shù)的某些方面在圖1的鉆井系統(tǒng)中提供 的、振動(dòng)塌積(viberation foundering)和鉆頭鈍化塌積(bit dulling foundering)的示例性圖。
詳細(xì)描述在下面的詳細(xì)描述中，本發(fā)明的具體實(shí)施方式
將連同其優(yōu)選實(shí) 施方式被描述。然而，就下列的描述特定于本技術(shù)的具體實(shí)施方式
或 具體用途而言，這預(yù)期僅僅是闡述性的并僅僅提供對(duì)示例性實(shí)施方式 的簡(jiǎn)明描述。因此，本發(fā)明不限于下面描述的具體實(shí)施方式
，而相反 地，本發(fā)明包括落入所附權(quán)利要求真正范圍內(nèi)的所有選擇、修改和等 價(jià)物。
本技術(shù)涉及基于機(jī)械比能(MSE)數(shù)據(jù)和其它測(cè)量數(shù)據(jù)提高鉆 井速度的方法。具體而言，估計(jì)鉆井速度，然后進(jìn)行MSE和其它測(cè)量 數(shù)據(jù)諸如振動(dòng)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)分析，可用來(lái)選擇鉆井參數(shù)，例如鉆壓
(WOB)、每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)(RPM)和提供有效鉆頭性能的液壓設(shè)定。此 外，當(dāng)鉆頭性能受到鉆井參數(shù)之外的因素的限制時(shí)，MSE數(shù)據(jù)和其它 測(cè)量數(shù)據(jù)提供了塌積限制因素的文件證明，該限制因素可以證明需要 重新設(shè)計(jì)鉆井系統(tǒng)中的鉆井部件，以設(shè)計(jì)有效的鉆井方法。具體而言， MSE和振動(dòng)數(shù)據(jù)提供的見(jiàn)解提供了對(duì)限制鉆井速度的問(wèn)題的理解。
基于MSE和其它測(cè)量數(shù)據(jù)，工作流程，其在本文中可被稱(chēng)為
"快速鉆井過(guò)程(Fast Drill Process)"或"FDP"，可被用來(lái)增強(qiáng)用于 從地下儲(chǔ)層生產(chǎn)油氣的鉆井作業(yè)。快速鉆井過(guò)程是基于技術(shù)上和經(jīng)濟(jì) 上的限制在井內(nèi)優(yōu)化鉆進(jìn)速度(rate of penetration) (ROP)的工作流程 或過(guò)程。在該過(guò)程中，鉆井系統(tǒng)可被重新設(shè)計(jì)，以擴(kuò)展ROP范圍，然 后被迭代重復(fù)。因此，通過(guò)鑒別塌積限制因素，并提供消除和/或減輕 塌積限制因素的影響，快速鉆井過(guò)程可用于連續(xù)增加井或同步井的鉆 井速度?，F(xiàn)在轉(zhuǎn)向附圖，并首先參考圖1，根據(jù)本技術(shù)的某些方面的示 例性生產(chǎn)系統(tǒng)100被闡述。在示例性生產(chǎn)系統(tǒng)100中， 一個(gè)或多個(gè)鉆 井系統(tǒng)102a-102n被用于鉆各個(gè)井104a-104n。數(shù)目n可以是基于油田 的具體設(shè)計(jì)可被利用的鉆井系統(tǒng)和井的任何數(shù)目。這些井104a-104n 可穿過(guò)地球表面106，到達(dá)地層，例如地層108a-108n，其包含油氣， 諸如油和氣。同樣，如可以理解的，地層108a-108n可包括多個(gè)巖石層， 其可包含或不包含油氣，且可被稱(chēng)為地帶或?qū)佣巍Ｈ绱?，?04a-104n 可在地層108a-108n與位于地面106上的生產(chǎn)設(shè)施之間提供流體流動(dòng)路 程。生產(chǎn)設(shè)施可處理所述油氣并將其輸送給消費(fèi)者。然而，應(yīng)當(dāng)注意， 為示例的目的，對(duì)鉆井系統(tǒng)100加以闡述，且本技術(shù)可用于從任何地 下位置生產(chǎn)流體。
為接近地層108a-108n，鉆井系統(tǒng)102a-102n可包括鉆井部件， 諸如鉆頭110a-110n、鉆柱112a-112n、底部鉆具組合(BHA)、起重系 統(tǒng)、配電系統(tǒng)、自動(dòng)控制、鉆井液加工、管子操作、井下測(cè)量工具、 泵送系統(tǒng)和控制井眼壓力的系統(tǒng)。這些鉆井部件的每一個(gè)都被用于形成各種井104a-104n的井筒。鉆頭110a-110n可用于挖掘地層、水泥或 其它材料，并可包括各種設(shè)計(jì)，諸如牙輪、固定切削刃、天然金剛石、 多晶金剛石、孕鑲金剛石的、管下擴(kuò)眼器、擴(kuò)眼器、取心鉆頭、鑲硬 合金齒的牙輪鉆頭和沖擊鉆頭。在該例子中，通過(guò)井104a進(jìn)入地層 108a，而井104b、 104c和104n是鉆井作業(yè)的各個(gè)階段，以進(jìn)入地層 108a和108n的一個(gè)或多個(gè)。 在鉆井作業(yè)期間，鉆井系統(tǒng)102a-102n可能經(jīng)歷低效率，這可 能影響鉆井速度性能。由于鉆井系統(tǒng)102a-102n的操作人員不能控制影 響鉆井速度性能的因素，用相同的鉆井部件進(jìn)行的兩口相似井的鉆井 速度可能發(fā)生變化。通常，如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所知的，鉆井速度 試求法或最優(yōu)鉆壓試求法被用于提供井的鉆進(jìn)速度(ROP)。這些試求法 包括調(diào)節(jié)鉆壓(WOB)和每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)(RPM)，以確定鉆井系統(tǒng)的ROP。 參見(jiàn) Fred E. Dupriest 等,Ma: >m'z/wg ZW/ h^/ i ea/-77me
5^v&〃a"ce 。/MecA"m'ca/ S/ ec折c五"er^， SPE/IADC 92194 (2005年2 月)，其在本文被稱(chēng)為"SPE Article 92194"; Co"ce; te i^/"ted to Mec/ 畫(huà).ca/ 5^ ec折c Ewergy, Research Disclosure 492001 (2005年4月) http:〃www.researchdisclosure.com，其在本文l皮禾爾為"Research Disclosure
492001";以及Fred E. Dupriest等，Max^m力力g W(9尸術(shù)'A Wefl/ 77me Jwa/jws o/Dzg/to/ am/ MS￡， IPTC 10706-PP (2005年11月22-23 日)，其在本文被稱(chēng)為"IPTC 10706-PP"。類(lèi)似于最優(yōu)鉆壓試求法的其它 方法，可包括使用計(jì)算機(jī)來(lái)觀(guān)察和對(duì)性能趨勢(shì)進(jìn)行建模，以及嘗試鑒 別塌積點(diǎn)(founderpoint),其是ROP被最大化的點(diǎn)。遺憾的是，這些 工具和試求法并不提供對(duì)潛在鉆井速度的客觀(guān)評(píng)價(jià)，僅僅提供當(dāng)前鉆 井系統(tǒng)的塌積點(diǎn)。例如，確定ROP的因素可以被分成導(dǎo)致低效率的因素諸如多個(gè) 因素或塌積限制因素，以及限制能量輸入的因素。限制能量輸入的因 素的例子包括鉆柱上緊力矩、井眼凈化效率、攜帶巖屑載荷的井眼整 體性(hole integrity)、泥漿馬達(dá)差壓規(guī)格(mud motor differential pressure rating)、泥漿馬達(dá)方位規(guī)格(mud motor bearing rating)、定向目標(biāo)大 小(directional target size)、隨鉆測(cè)井(LWD)、旋轉(zhuǎn)速速限制、可利用 的BHA (底部鉆具組合)壓重、固相處理能力以及上驅(qū)動(dòng)或轉(zhuǎn)盤(pán)扭矩額定值。如果隨著WOB的增加塌積限制因素不發(fā)生，則這些因素限制 鉆井系統(tǒng)。如此，這些因素是給定鉆井系統(tǒng)的設(shè)計(jì)限制因素。盡管限制能量輸入的因素可最終限制鉆井系統(tǒng)，但塌積限制因
素是這樣的因素，其妨礙鉆井系統(tǒng)達(dá)到對(duì)于不在能量方面受到限制的 鉆井系統(tǒng)而言通常預(yù)期的性能。塌積或塌積限制因素可包括鉆頭泥包、
井底泥包、振動(dòng)--其在Research Disclosure 492001 、 Research
Disclosure 459049和SPE Article 92194 (在此通過(guò)引用的方式并入)被進(jìn) 一步討論，以及非鉆頭相關(guān)的限制因素，其在下文進(jìn)行討論。如在這 些文章中所述，鉆頭泥包或鉆頭結(jié)構(gòu)清理是這樣一種狀況，其中在切 削結(jié)構(gòu)中的物質(zhì)積累干擾能量向巖石的傳遞。也就是說(shuō)，在切削結(jié)構(gòu) 或鉆頭以及相關(guān)部件中的碎屑堆積可限制施加于切削結(jié)構(gòu)的一部分 WOB到達(dá)巖石。例如，如果不從諸如鉆頭110a-110n之一的鉆頭清理 掉巖屑，則傳遞到巖石的能量下降到期望值以下。通過(guò)調(diào)節(jié)各鉆井組 件，例如改變噴嘴和流速來(lái)增加鉆頭清理設(shè)備的水力，可在一定程度 上減輕鉆頭泥包。另一個(gè)塌積限制因素是井底泥包。井底泥包是這樣的一種情況， 其中在井筒底部的物質(zhì)堆積干擾能量從鉆頭傳遞至鉆頭之下的巖石。 具體而言，細(xì)粒以類(lèi)似于濾餅的方式通過(guò)壓差而保留下來(lái)。通過(guò)調(diào)節(jié) 操作參數(shù)，例如鉆頭旋轉(zhuǎn)速度、利用在給定條件下不產(chǎn)生井底泥包的 鉆頭、或用輕流體進(jìn)行鉆井以便在井筒底部流體凈壓頭小于孔隙壓力， 可在一定程度上減輕井底泥包。鉆頭鈍化是這樣的情況，其中鉆頭效率低，原因在于齒廓由于 鉆井作業(yè)的影響而磨損或改變，使得能量傳遞到巖石變得效率更低。 鉆頭鈍化不同于塌積，因?yàn)樗e是僅在一組特定的條件形成時(shí)發(fā)生的 效率喪失，而鉆頭鈍化導(dǎo)致在所有條件下和在所有鉆井作業(yè)期間效率 下降。盡管鈍化的鉆頭的性能可通過(guò)調(diào)節(jié)鉆井參數(shù)來(lái)優(yōu)化，但這種情 況只能夠通過(guò)更換鉆頭來(lái)完全減輕。此外，各種類(lèi)型的振動(dòng)，例如側(cè)向振動(dòng)、扭轉(zhuǎn)振動(dòng)和軸向振動(dòng)， 可以是其它的塌積限制因素。例如，旋轉(zhuǎn)振動(dòng)是這樣的情況，其中鉆 井系統(tǒng)產(chǎn)生干擾能量向巖石傳遞的旋轉(zhuǎn)模式。該旋轉(zhuǎn)振動(dòng)是鉆頭未繞 其中心旋轉(zhuǎn)的結(jié)果，這導(dǎo)致切削效率的喪失。該類(lèi)型的振動(dòng)可通過(guò)利用延長(zhǎng)鉆頭規(guī)格長(zhǎng)度來(lái)改善側(cè)向穩(wěn)定性、利用穩(wěn)定器、高扭矩馬達(dá)和/
或緩角彎殼體馬達(dá)來(lái)加以解決。WOB或RPM的調(diào)節(jié)也可降低旋轉(zhuǎn)。
扭轉(zhuǎn)振動(dòng)或粘滑振動(dòng)是當(dāng)鉆柱繞柱的軸振蕩時(shí)發(fā)生的情況。所產(chǎn)生的 鉆頭旋轉(zhuǎn)速度的周期性振動(dòng)導(dǎo)致鉆井過(guò)程效率變得更低。這種類(lèi)型的
振動(dòng)例如可通過(guò)改變操作或鉆井參數(shù)諸如降低WOB和/或增加轉(zhuǎn)速來(lái)
加以減輕。此外，鉆井部件或設(shè)備可被改變，例如增加鉆柱的外徑來(lái) 增加扭轉(zhuǎn)剛度、或使用設(shè)計(jì)來(lái)產(chǎn)生較低扭矩的鉆頭。最后，軸向振動(dòng) 是這樣的情況，在其期間，沿著鉆柱的軸發(fā)生周期性振蕩，使得施加 到鉆頭的力發(fā)生變化。施加到鉆頭的鉆力的不均勻的周期性循環(huán)導(dǎo)致
鉆井效率的降低。該類(lèi)型的振動(dòng)可通過(guò)改變操作參數(shù)例如降低WOB 或RPM，或通過(guò)利用諸如減震器的設(shè)備來(lái)加以減輕。各種形式的振動(dòng) 可能發(fā)生聯(lián)系，使得一種產(chǎn)生另一種，這還可導(dǎo)致用于減輕一種具體 形式的振動(dòng)的方法或工具也導(dǎo)致另一種形式的振動(dòng)下降。
除了上文討論的鉆頭相關(guān)的塌積限制因素，非鉆頭的塌積限制 因素或要素也可能存在。這些非鉆頭的限制因素特別難以系統(tǒng)地處理， 原因在于它們巨大的多樣性以及解決這些限制因素所涉及的專(zhuān)門(mén)技術(shù) 的寬泛性。此外，其它非鉆頭的限制因素可以包括組織程序、通信程 序、鉆機(jī)工人不穩(wěn)定性、締約約束、風(fēng)險(xiǎn)不利行為以及組織間的共享 缺乏。具體而言，當(dāng)該問(wèn)題的減輕涉及增加的機(jī)械風(fēng)險(xiǎn)、已確立操作 的顯著變化、或高水平的技術(shù)培訓(xùn)時(shí)，也可以考慮組織程序。因此， 甚至對(duì)于這些非鉆頭的限制因素，上述的工作流程也被用于進(jìn)一步增 強(qiáng)鉆井作業(yè)。為通過(guò)鑒別和解決這些塌積限制因素來(lái)增加鉆井系統(tǒng) 102a-102n的鉆井速度，可以獲得各個(gè)井104a-104n的信息和測(cè)量的數(shù) 據(jù)，以增加該井的鉆井速度。如在Research Disclosure 492001 、 Research Disclose 459049和SPE Article 92194中所討論，機(jī)械比能(MSE)是用于 鉆入給定體積的巖石的能量的數(shù)學(xué)計(jì)算。參見(jiàn)Research Disclosure 492001 、 Research Disclose 459049和SPE Article 92194。如果鉆頭完全 有效的話(huà)，每巖石體積的能量的這一比值大致等于巖石的壓縮強(qiáng)度。 井諸如井104a-104n的MSE可以隨鉆井在井104a-104n中進(jìn)展而進(jìn)行 實(shí)時(shí)繪圖。
除了 MSE數(shù)據(jù)，其它測(cè)量的數(shù)據(jù)可用來(lái)評(píng)價(jià)鉆頭諸如鉆頭 110a-110n的鉆井效率。如此，MSE數(shù)據(jù)連同其它測(cè)量數(shù)據(jù)的分析可用 于研究鉆井作業(yè)中的具體低效情況。MSE數(shù)據(jù)和其它測(cè)量數(shù)據(jù)可從井 104a-104n收集，以連續(xù)方式檢測(cè)鉆井系統(tǒng)102a-102n的效率變化。該 數(shù)據(jù)可用于改善鉆井性能，通過(guò)如下進(jìn)行鑒別最優(yōu)操作參數(shù)；以及 提供用于在成本上判斷鉆井系統(tǒng)設(shè)計(jì)變化的量化數(shù)據(jù)，以擴(kuò)展鉆井系 統(tǒng)的目前限制。MSE數(shù)據(jù)連同其它測(cè)量數(shù)據(jù)的分析可導(dǎo)致井控操作、 鉆頭選擇、底部鉆具組合(BHA)設(shè)計(jì)、上緊力矩、定向目標(biāo)大小和馬達(dá) 差速規(guī)格(motor differential rating)這些方面的再設(shè)計(jì)。如此，MSE 數(shù)據(jù)和其它測(cè)量數(shù)據(jù)的用途可用于一類(lèi)的井設(shè)計(jì)和操作或鉆井操作 中，其被統(tǒng)稱(chēng)為"快速鉆井過(guò)程"。MSE和其它測(cè)量數(shù)據(jù)在增加ROP 中的用途被進(jìn)一步在圖2中描述。圖2是根據(jù)本技術(shù)的方面，在圖1中的井之一的塌積限制因素 的示例性圖；在該圖中——其在本文中通過(guò)參考數(shù)字(附圖標(biāo)記)200 被提及，可被稱(chēng)為試鉆曲線(xiàn)(drilloffcurve)的曲線(xiàn)206表示對(duì)于給定 的井諸如井104a-104n之一的具體設(shè)計(jì)而言，ROP 202與WOB 204的 抽象關(guān)系(notional relationship)。沿著該曲線(xiàn)206，不同的點(diǎn)與不同 的操作或鉆井設(shè)置有關(guān)。例如，第一個(gè)點(diǎn)208可與馬達(dá)差速規(guī)格有關(guān)， 第二個(gè)點(diǎn)210可與定向目標(biāo)控制相關(guān)，第三個(gè)點(diǎn)212可與井眼凈化相 關(guān)，而第四個(gè)點(diǎn)214可以是塌積限制因素，例如鉆頭泥包、井底泥包 和振動(dòng)。從第四個(gè)點(diǎn)214起，WOB 204的增加可能不顯著增加ROP 202， 因?yàn)镽OP 202或塌積限制可能無(wú)法通過(guò)WOB 204的任何增加解決。
對(duì)于給定的WOB，曲線(xiàn)206可用于分析ROP。在由WOB為零 至第一個(gè)點(diǎn)208處的WOB界定的第一個(gè)區(qū)域內(nèi)，已知鉆頭是低效率的。 關(guān)于該低效率的原因，本領(lǐng)域中存在已知的多個(gè)理論。隨著WOB和形 成的切割深度(depth of cut) (DOC)的增加，鉆頭最終達(dá)到其峰值 效率，該峰值效率通過(guò)比較除去給定體積的巖石所需的理論能量和鉆 頭除去該巖石所用的能量的量而被計(jì)算出來(lái)。在由第一個(gè)點(diǎn)208至第 四個(gè)點(diǎn)214處的WOB界定的第二個(gè)區(qū)域內(nèi)，曲線(xiàn)206在WOB 204和 ROP202之間基本上以線(xiàn)性的方式增加。曲線(xiàn)206的該線(xiàn)性部分表明， 鉆頭的操作效率與在該給條件下它可能具有的效率相同。在該整個(gè)區(qū)域內(nèi)，ROP隨著WOB的增加基本上線(xiàn)性增加，同時(shí)鉆頭效率未改變。
對(duì)鉆井系統(tǒng)沒(méi)有可以進(jìn)行以使鉆頭增加鉆井速度的環(huán)境改變。例如， 使用非水流體，用相同的鉆頭，并未增加鉆井速度，至多是增加了水
基泥漿。因此，僅WOB或RPM的改變可增加鉆井速度。由第四個(gè)點(diǎn) 214的WOB至剩余曲線(xiàn)206的末端界定的第三部分與抑制能量從鉆頭 傳遞到巖石的塌積限制因素相關(guān)。該塌積點(diǎn)接近可由目前的鉆井系統(tǒng) 提供的最高ROP。為越過(guò)該塌積限制因素增加ROP，鉆井系統(tǒng)可被重 新設(shè)計(jì)，改變部件或利用不同的部件來(lái)擴(kuò)展ROP限制因素，使塌積發(fā) 生在更高的WOB下。如此，試鉆曲線(xiàn)的斜率可被用來(lái)指示塌積限制因 素。ROP對(duì)WOB增加的基本上非線(xiàn)性響應(yīng)是給出的WOB高于塌積點(diǎn) 的指示。例如，當(dāng)在圖2的曲線(xiàn)206的第二個(gè)區(qū)域中操作時(shí)，鉆頭處于 峰值效率，且ROP對(duì)增加的WOB的響應(yīng)接近線(xiàn)性。在該區(qū)域中，ROP 的增加與WOB的增加直接相關(guān)。在該區(qū)域中的操作被稱(chēng)為"非鉆頭限 制性的"，且結(jié)果常被稱(chēng)為"控制鉆井(control drilling)"?？刂沏@ 井的示例原因可能包括定向目標(biāo)控制、井眼凈化、隨鉆測(cè)井(LWD)數(shù) 據(jù)采集速度、混合器容量、巖屑處理或固相處理設(shè)備限制。
作為例子，最優(yōu)鉆壓試求法可產(chǎn)生曲線(xiàn)206。沿著曲線(xiàn)206，當(dāng) ROP 202停止線(xiàn)性響應(yīng)于WOB 204的增加時(shí)，塌積限制因素存在，其 限制ROP或鉆井速度。如此，該WOB 204被認(rèn)為是該當(dāng)前鉆井系統(tǒng) 下的最優(yōu)鉆井速度。因?yàn)閮H鉆井系統(tǒng)部件和操作的改變可以增加ROP 202，所以MSE趨勢(shì)連同其它測(cè)量數(shù)據(jù)諸如振動(dòng)數(shù)據(jù)的分析可用于鑒 別塌積限制因素并通過(guò)消除該塌積限制因素來(lái)增加鉆井速度。在確定 塌積限制因素并將ROP擴(kuò)展至下一個(gè)塌積限制因素中，關(guān)聯(lián)實(shí)時(shí)MSE 數(shù)據(jù)和其它測(cè)量數(shù)據(jù)可能是有益的。與第四點(diǎn)214有關(guān)的塌積限制因素得到矯正之后，ROP 202可 被擴(kuò)展到下一個(gè)塌積限制因素，其由第五個(gè)點(diǎn)216表示。也就是說(shuō)， 鉆井部件可被改變，以將ROP增加至下一個(gè)塌積限制因素，這產(chǎn)生延 長(zhǎng)的曲線(xiàn)218。使用該方法，操作人員一次可解決一個(gè)限制因素，進(jìn)一 步增強(qiáng)鉆井作業(yè)。沿著曲線(xiàn)218，不同的操作或鉆井參數(shù)可被調(diào)節(jié)，以 進(jìn)一步將ROP擴(kuò)展到曲線(xiàn)206的塌積限制因素以上。此外，另外的延伸曲線(xiàn)，例如曲線(xiàn)222，可通過(guò)解決其它塌積限制因素的其它鉆井部件
改變而產(chǎn)生。例如，第六點(diǎn)220可與增加的鉆頭耐用性、可利用的BHA 壓重、鉆柱上緊力矩、或鉆機(jī)上驅(qū)動(dòng)或旋轉(zhuǎn)扭矩有關(guān)。這些鉆機(jī)部件 再設(shè)計(jì)可被用于擴(kuò)展降低效率并限制ROP的塌積限制因素。利用該方 法的鉆井過(guò)程在圖3中進(jìn)一步討論。圖3是根據(jù)本技術(shù)的方面，用于圖1的井的快速鉆井過(guò)程的示 例性流程圖。該流程圖，其可通過(guò)參考數(shù)字300被提及，通過(guò)同時(shí)參 考圖1和2可被最好地理解。在該流程圖300中，鉆井過(guò)程可被開(kāi)發(fā) 出并用于通過(guò)增加井104a-104n的鉆井速度來(lái)增強(qiáng)鉆井作業(yè)。也就是 說(shuō)，本技術(shù)提供了通過(guò)解決塌積限制因素來(lái)擴(kuò)展ROP而增加鉆井速度 或ROP的方法。因此，以所述方式進(jìn)行的鉆井作業(yè)可基于MSE和其 它測(cè)量數(shù)據(jù)，通過(guò)改變鉆井作業(yè)來(lái)減少低效率。該流程圖開(kāi)始于框302。在框303，可選擇井位置。該選擇可包 括用于鑒別含有油氣的油田的典型技術(shù)。然后，分析井?dāng)?shù)據(jù)，如框304 所示。井?dāng)?shù)據(jù)可包括與巖石類(lèi)型、巖石性質(zhì)、MSE、振動(dòng)、WOB、 RPM、 POR扭矩、泵壓、流速、大鉤懸重和/或其它測(cè)量數(shù)據(jù)相關(guān)的信息，其 在下文進(jìn)一步討論。井?dāng)?shù)據(jù)，其可包括實(shí)時(shí)的、過(guò)去的和/或以前產(chǎn)生 的數(shù)據(jù)，可與目前正鉆探的井、同一油田或相似油田中以前鉆出的井 和/或同步鉆探的井相關(guān)聯(lián)。利用所述井?dāng)?shù)據(jù)，對(duì)于所述井，選擇鉆井 部件和鉆井操作(drillingpractices)，如框306所示。鉆井部件可包括 鉆頭、鉆柱、鉆鋌、穩(wěn)定器、擴(kuò)眼鉆頭、擴(kuò)眼器、震擊器、定向轉(zhuǎn)向 設(shè)備(directional steering equipment)、井下測(cè)量工具、振動(dòng)觀(guān)!l量工具、 泵缸套、地面壓力遏制系統(tǒng)(surface pressure containment systems)、 流體處理設(shè)備、數(shù)字鉆井?dāng)?shù)據(jù)采集系統(tǒng)和鉆機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)或類(lèi)似部 件，其在下面進(jìn)一步討論。類(lèi)似地，鉆井操作可包括進(jìn)行各種試求法， 例如MSE壓重試求法、MSERPM試求法、MSE水力試求法、最優(yōu)鉆
壓試求法和鉆速試求法或類(lèi)似方法，其也在下文進(jìn)一步討論。鉆井部 件和鉆井操作的選擇可為所述井提供估計(jì)的鉆井速度。
在框308，開(kāi)始鉆井作業(yè)。該鉆井作業(yè)可包括建立鉆井系統(tǒng) 102a-102n，鉆井104a-104n，進(jìn)行鉆井操作或試求法來(lái)優(yōu)化作業(yè)或采集 數(shù)據(jù)以支持將來(lái)的優(yōu)化，收集巖心樣品，運(yùn)行工具來(lái)評(píng)價(jià)地層，安裝套管、油管和完井設(shè)備，進(jìn)行鉆后性能分析和/或?qū)你@井作業(yè)獲得的
信息歸檔。在鉆井作業(yè)期間，MSE和其它測(cè)量數(shù)據(jù)可在框310進(jìn)行監(jiān) 測(cè)。MSE和其它測(cè)量數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)可實(shí)時(shí)進(jìn)行，以提供鉆井作業(yè)的反饋 調(diào)節(jié)。該監(jiān)測(cè)可包括傳送MSE和其它測(cè)量數(shù)據(jù)給位于地理上遠(yuǎn)程位置 處或在井附近的拖車(chē)房?jī)?nèi)的工程師。數(shù)據(jù)也可以被顯示在鉆探平臺(tái)附 近的多個(gè)位置處。利用MSE和其它測(cè)量數(shù)據(jù)，塌積限制因素例如鉆頭 泥包、振動(dòng)和井底泥包可以被鑒別，如框312所示。塌積限制因素的 識(shí)別可源于監(jiān)測(cè)MSE和其它測(cè)量數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)程序或用戶(hù)，諸如鉆井 操作員或工程師。該MSE和測(cè)量數(shù)據(jù)例如可通過(guò)關(guān)聯(lián)MSE數(shù)據(jù)連同 其它測(cè)量數(shù)據(jù)如振動(dòng)數(shù)據(jù)的圖形顯示呈現(xiàn)?；阼b別出的塌積限制，可進(jìn)行鉆井作業(yè)的改變，以解決具體 的塌積限制因素，如框314所討論。鉆井作業(yè)的這些改變或調(diào)節(jié)包括 改變鉆井部件和/或鉆井操作。例如，鉆井作業(yè)的改變可包括改變鉆井 部件，諸如用于所述井的鉆頭110a-110n、鉆柱112a-112n或水力系統(tǒng)。 此外，鉆井作業(yè)的改變可包括擴(kuò)展地面設(shè)備的限制的改變，以除去鉆 井液中增加的固體載荷；操作實(shí)踐的改變，以改善迅速?gòu)乃鼍?鉆屑的能力；鉆井液設(shè)計(jì)改變，以增強(qiáng)當(dāng)高鉆速鉆井時(shí)所述液體密封 滲透層中井筒的能力；在井下組件中安裝低摩擦牙輪擴(kuò)眼器，以降低 某些振動(dòng)；和/或在鉆井鉆具組合中使用的鉆鋌或厚壁鉆桿的接合數(shù)的 改變，以降低某些振動(dòng)?？赡艿淖兓钠渌釉趫D5A-7K中討論。
然后，鉆井作業(yè)的改變可在框316中記錄。該記錄可包括將鉆 井作業(yè)的改變存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)、服務(wù)器或與鉆井系統(tǒng)102a-102n有關(guān)的其 它人員可取得的其它類(lèi)似位置。然后，確定是否已經(jīng)到達(dá)目標(biāo)深度， 如框318所示。目標(biāo)深度可以是具體的地下位置，例如地下儲(chǔ)層 108a-108n之一和/或井?dāng)M到達(dá)的預(yù)定或地下的位置。然而，應(yīng)當(dāng)注意到， 當(dāng)對(duì)井筒進(jìn)行擴(kuò)眼用于測(cè)井、在注水泥前對(duì)套管擴(kuò)眼至底部、在修井 作業(yè)諸如鉆碎井中水泥塞或其它材料期間，MSE和其它測(cè)量數(shù)據(jù)可被 使用。也就是說(shuō)，快速鉆井過(guò)程可擴(kuò)展至注水泥和完井作業(yè)，或者任 何針對(duì)油田內(nèi)的井或多口井的壽命的后續(xù)補(bǔ)救作業(yè)。如果尚未到達(dá)目 標(biāo)深度，則可在框304中再次分析井?dāng)?shù)據(jù)。該井?dāng)?shù)據(jù)的再分析可以以 連續(xù)的方式進(jìn)行，以通過(guò)解析各個(gè)塌積限制因素來(lái)擴(kuò)展ROP，如上文所討論。這意味著，在該過(guò)程中，對(duì)于井，鉆井部件可以被改變一次 或多次。例如，鉆井作業(yè)可包括兩次、三次、四次或更多次改變，來(lái) 減輕或去除不同的塌積限制因素。然而，如果已經(jīng)到達(dá)目標(biāo)深度，則 對(duì)所述井優(yōu)化性能的過(guò)程可在框320結(jié)束。如果后續(xù)或同步的井將被 鉆探，則所存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)可進(jìn)一步被分析，幫助選擇另一個(gè)井的鉆井部 件或鉆井操作。圖4A是根據(jù)本技術(shù)的某些方面，用于圖1的鉆井系統(tǒng)102a-102n 的示例性系統(tǒng)400。在該系統(tǒng)400中，工程設(shè)備402和各種鉆井系統(tǒng)設(shè) 備404a-404n可通過(guò)第一網(wǎng)絡(luò)410被連接在一起。工程設(shè)備402可用于 監(jiān)測(cè)鉆井系統(tǒng)設(shè)備404a-404n的一個(gè)或多個(gè)，所述鉆井系統(tǒng)設(shè)備 404a-404n各自與鉆井系統(tǒng)102a-102n之一和各自的井104a-104n關(guān)聯(lián)。
工程設(shè)備402和鉆井系統(tǒng)設(shè)備404a-404n可以是筆記本電腦、 臺(tái)式電腦、服務(wù)器、或其它基于處理器的設(shè)備。這些設(shè)備402和 404a_404ri的每一個(gè)可包括監(jiān)視器、鍵盤(pán)、鼠標(biāo)和其它與用戶(hù)交互的用 戶(hù)界面。此外，設(shè)備402和404a-404n可包括允許各設(shè)備的用戶(hù)看到 MSE數(shù)據(jù)以及其它測(cè)量數(shù)據(jù)的應(yīng)用程序，這在下文中進(jìn)一步討論。例 如，提供監(jiān)測(cè)井下或地下鉆井?dāng)?shù)據(jù)的設(shè)備和軟件的訂約人可改進(jìn)現(xiàn)有 系統(tǒng)，以同樣顯示MSE數(shù)據(jù)以及其它基于進(jìn)尺或時(shí)間的信息?？商峁?這種顯示的訂約人的例子包括隨鉆測(cè)井、井下振動(dòng)監(jiān)測(cè)、氣測(cè)井、地 面數(shù)據(jù)采集以及鉆機(jī)的訂約人。如此，設(shè)備402和404a-404n的每一個(gè) 可包括用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)和其它應(yīng)用程序的存儲(chǔ)器，例如硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器、軟 盤(pán)、CD-ROM和其它光學(xué)介質(zhì)、磁帶等。因?yàn)樵O(shè)備402和404a-404n的每一個(gè)可位于不同的地理位置， 例如不同的鉆井位置、建筑物、城市或鄉(xiāng)村，網(wǎng)絡(luò)410例如可包括不 同的設(shè)備(未示出)，諸如路由器、轉(zhuǎn)換器、電橋。同樣，網(wǎng)絡(luò)410 可包括一種或多種局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)、服務(wù)器域網(wǎng)(server area network)、 或城域網(wǎng)、衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)或這些不同類(lèi)型網(wǎng)絡(luò)的組合。設(shè)備402和404a-404n 可通過(guò)第一通信媒介諸如IP、 DecNET或其它合適的通信協(xié)議來(lái)通信。 經(jīng)由設(shè)備402和404a-404n的網(wǎng)絡(luò)410的連通和應(yīng)用可被本領(lǐng)域普通技 術(shù)人員所理解。
除了互相通信，設(shè)備404a-404n的每一個(gè)可通過(guò)單獨(dú)的網(wǎng)絡(luò)諸 如鉆井系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)408a-408n被連接到測(cè)量裝置406a-406n之一。這些網(wǎng) 絡(luò)408a-808n例如可包括不同的設(shè)備(未示出)，諸如路由器、轉(zhuǎn)換器、 電橋，其提供從測(cè)量設(shè)備406a-406n之一到各自的設(shè)備404a-404n的通 信。這些測(cè)量設(shè)備406a-406n可以是布置在各井104a-104n內(nèi)的工具， 以監(jiān)測(cè)和測(cè)量一些情況，諸如RPM、扭矩、壓力、振動(dòng)等。例如，測(cè) 量設(shè)備406a-406n可包括用于定向控制或測(cè)井的井下鉆井工具，例如旋 轉(zhuǎn)式可轉(zhuǎn)向鉆具組合、彎殼體泥漿馬達(dá)、振動(dòng)監(jiān)測(cè)工具、隨鉆測(cè)井工 具、地面振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和布置來(lái)監(jiān)測(cè)多種地面活動(dòng)的地面?zhèn)鞲衅?。這 些工具可包括連續(xù)地并在三個(gè)軸上測(cè)量振動(dòng)的加速度計(jì)。因此，設(shè)備 404a-404n和406a-406n可經(jīng)由第一通信協(xié)議和/或第二通信協(xié)議進(jìn)行通 信，交換測(cè)量數(shù)據(jù)。經(jīng)由設(shè)備402、 404a-404n和406a-406n的網(wǎng)絡(luò) 408a-408n的連通和應(yīng)用可被本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所理解。
有利地，使用這些設(shè)備402和404a-404n可為用戶(hù)提供MSE數(shù) 據(jù)和其它測(cè)量數(shù)據(jù)，其在上文中進(jìn)行了討論。為進(jìn)一步描述MSE數(shù)據(jù) 和其它測(cè)量數(shù)據(jù)的展示和應(yīng)用，各種具體的例子在下文中提供。在這 些例子中，實(shí)時(shí)MSE數(shù)據(jù)的應(yīng)用可與其它測(cè)量數(shù)據(jù)一起用來(lái)確定鉆井 系統(tǒng)諸如鉆井系統(tǒng)102a-102n之一的塌積限制因素。具體而言，圖 5A-5D描述了遭遇鉆頭泥包的鉆井系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)，而圖6描述了遭遇井 底泥包的鉆井系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)。圖7A-7K描述了遭遇各種振動(dòng)限制因素和 鉆頭鈍化限制因素的鉆井系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)。
因此，當(dāng)MSE曲線(xiàn)是RPM和WOB的關(guān)系時(shí)，對(duì)該方程的輸 入可通過(guò)測(cè)量設(shè)備406a進(jìn)行測(cè)量，并經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)408a提供給鉆井系統(tǒng) 設(shè)備404a。當(dāng)鉆井進(jìn)展時(shí)，計(jì)算的MSE曲線(xiàn)與其它測(cè)量數(shù)據(jù)一起顯示， 諸如曲線(xiàn)形式的RPM、扭矩、ROP、 WOB、泵壓和/或流入。這些曲 線(xiàn)的每一條可以以基于時(shí)間或進(jìn)尺(即深度)的刻度產(chǎn)生，并被顯示 在與鉆井系統(tǒng)102a有關(guān)的監(jiān)視器上?？蛇x地，這些曲線(xiàn)也可被提供給 現(xiàn)場(chǎng)外人員，例如使用15秒更新的設(shè)備402的鉆井工程師。因此，圖 5A-7K可同時(shí)參考圖1和4而被最好地理解。
圖5A是在鉆井系統(tǒng)102a處與其它測(cè)量數(shù)據(jù)一起顯示給用戶(hù)的 MSE數(shù)據(jù)的示例性圖表。在該圖表中，其在本文通過(guò)參考數(shù)字500被23提及，MSE曲線(xiàn)502與其它測(cè)量數(shù)據(jù)沿著深度刻度516—起顯示，諸 如RPM曲線(xiàn)504、扭矩曲線(xiàn)506、 ROP曲線(xiàn)508、 WOB曲線(xiàn)510和流 入曲線(xiàn)512。這些曲線(xiàn)502-512被一起用來(lái)鑒別鉆頭低效率以及增加鉆 井速度?？蛇x的顯示也可包括顯示另外數(shù)據(jù)諸如振動(dòng)、大鉤位置、井 下循環(huán)壓力和井下溫度的曲線(xiàn)。
在圖5A中，以與先前鉆的補(bǔ)償井相同的方式，對(duì)井104a的層 段進(jìn)行鉆井。該層段用鉆頭110a進(jìn)行鉆井，其為IADC 1-1-7-齒鉆頭、 20klbs(千磅)WOB、和水基泥漿。所鉆的巖石層是軟的，在砂層和頁(yè) 巖層的巖石強(qiáng)度都為3-5 ksi (千磅/平方英寸)。如果鉆頭110a是有效 的，則MSE曲線(xiàn)502應(yīng)該是直線(xiàn)，具有大約3-5 ksi的值。相反地， MSE曲線(xiàn)502在頁(yè)巖層增加到超過(guò)25 ksi的值，而在砂層降低到5 ksi。 結(jié)果，鉆井系統(tǒng)102a采用了與壓縮強(qiáng)度為大約25ksi的巖石相同量的 能量來(lái)鉆所述頁(yè)巖層，盡管巖石強(qiáng)度為3-5 ksi。這表明鉆頭低效率或 能量浪費(fèi)，其可通過(guò)操作人員的糾正行為加以解決。
在本技術(shù)下，基于MSE和測(cè)量數(shù)據(jù)，進(jìn)行決定，以便在該井和 其它后續(xù)的井諸如井104b-104n中增強(qiáng)鉆井作業(yè)。例如，因?yàn)楫?dāng)鉆頭 110a進(jìn)入砂層時(shí)頁(yè)巖屑在其表面上的堆積被清理，切削結(jié)構(gòu)再次變得 有效，且ROP退回至大約350 fj)h，同時(shí)MSE曲線(xiàn)502降至接近巖石 強(qiáng)度的值。因此，該鉆井系統(tǒng)102a的塌積限制因素看起來(lái)是鉆頭泥包， 因?yàn)榍邢鹘Y(jié)構(gòu)似乎在頁(yè)巖層中充滿(mǎn)往往粘附于鉆頭的碎屑，盡管鉆頭 在砂層中適當(dāng)清理。通過(guò)再設(shè)計(jì)鉆井部件以利用聚晶金剛石復(fù)合片 (PDC)鉆頭和增強(qiáng)的水力，后續(xù)的鉆井系統(tǒng)諸如鉆井系統(tǒng)102b-102n 可在后續(xù)井諸如104b-104n中增加其鉆井速度。
作為第二個(gè)例子，MSE和其它測(cè)量數(shù)據(jù)可用于方法試驗(yàn)，以增 加井諸如井102a的鉆井速度，如圖5B所示。圖5B是根據(jù)本發(fā)明的某 些方面，對(duì)于鉆頭泥包塌積的圖1鉆井系統(tǒng)中提供的第二個(gè)示例性圖 表。在該圖表中，其在本文通過(guò)參考數(shù)字520被提及，方法試驗(yàn)被用 作鉆井操作的一部分，以鑒別鉆井系統(tǒng)102a的塌積限制因素。在圖5B 中，MSE曲線(xiàn)522與其它測(cè)量數(shù)據(jù)沿著深度刻度536 —起顯示，諸如 RPM曲線(xiàn)524、扭矩曲線(xiàn)526、 ROP曲線(xiàn)528、 WOB曲線(xiàn)530、泵壓曲線(xiàn)532和/或流入曲線(xiàn)534。這些曲線(xiàn)522-534的每一個(gè)連同方法試驗(yàn) 一起被用來(lái)鑒別鉆頭泥包限制因素以及增加鉆井速度。
在圖5B中，在地面套管的鉆水泥塞之后，在水基泥漿中用8-1/2" 鉆頭對(duì)井104a的層段進(jìn)行鉆井。在該井104a中，從約2000ft(英尺) 到約2100 ft，進(jìn)行"MSE壓重試求法"，其以2 klb的增量將WOB從 5klb增加至11 klb，然后，通過(guò)將旋轉(zhuǎn)速度從60增加至120RPM，從 約2130 ft至2300 ft進(jìn)行"MSE RPM試求法"。對(duì)于MSE壓重試求法， 觀(guān)察到MSE曲線(xiàn)522中MSE值相應(yīng)于在WOB曲線(xiàn)530中的增加而 增加，其可表明鉆井系統(tǒng)102a已經(jīng)到達(dá)塌積限制因素。對(duì)于MSERPM 試求法，觀(guān)察到MSE曲線(xiàn)522中MSE值相應(yīng)于在RPM曲線(xiàn)524中的 增加而增加，這可表明鉆井系統(tǒng)102a已經(jīng)到達(dá)塌積限制。
基于這些試求法，清楚的是，MSE曲線(xiàn)522在MSE壓重試求 法和MSERPM試求法期間并未改變。也就是說(shuō)，鉆頭110a在不同的 WOB下在100 fj)h和200 *h下以及在不同的RPM下高達(dá)400 下 以相同的效率進(jìn)行操作。如此，這些方法試驗(yàn)確認(rèn)，鉆頭仍有效運(yùn)作 且在塌積點(diǎn)下操作。除了確認(rèn)鉆頭仍為有效之外，低MSE證明了 WOB 的進(jìn)一步增加可能產(chǎn)生ROP的線(xiàn)性增加。然而，用以前的鉆頭，在1800 ft附近，MSE曲線(xiàn)522中的高值表明鉆頭110a上的齒在頁(yè)巖層中為鉆 頭泥包。如此，鉆井系統(tǒng)102a上的水壓可以在該井或后續(xù)井上修改， 以在整個(gè)生產(chǎn)井筒中增加鉆井速度至500 fi)h以上。因此，方法試驗(yàn)可 與MSE數(shù)據(jù)和其它測(cè)量數(shù)據(jù)一起被用來(lái)進(jìn)一步增強(qiáng)鉆井作業(yè)。如果當(dāng) WOB或RPM被調(diào)節(jié)時(shí)MSE不改變，則顯示鉆井系統(tǒng)是有效的，并且 WOB進(jìn)一步增加。如果當(dāng)WOB或RPM被調(diào)節(jié)時(shí)MSE表現(xiàn)出增加的 變化，其超過(guò)巖石壓縮強(qiáng)度的潛在變化，則已知鉆頭是在塌積中且鉆 井系統(tǒng)的操作員可采取糾正措施。在出現(xiàn)機(jī)會(huì)時(shí)，也可改變?cè)O(shè)備和系 統(tǒng)。
作為第三個(gè)例子，圖5C是根據(jù)本技術(shù)的某些方面，對(duì)于鉆頭泥 包塌積的圖1鉆井系統(tǒng)中提供的第三個(gè)示例性圖表。在該圖表中，其 在本文中通過(guò)引用數(shù)字540被提及，中度鉆頭泥包被鑒別為鉆井系統(tǒng) 102a的塌積限制因素。在圖5C中，MSE曲線(xiàn)542與其它測(cè)量數(shù)據(jù)沿 著深度刻度558 —起顯示，諸如RPM曲線(xiàn)544、扭矩曲線(xiàn)546、 ROP曲線(xiàn)548、 WOB曲線(xiàn)550、 7射線(xiàn)(GR)曲線(xiàn)552、泵壓曲線(xiàn)554和/或流 入曲線(xiàn)556。這些曲線(xiàn)542-556的每一個(gè)被一起用來(lái)鑒別鉆頭泥包塌積 以及增加鉆井速度。
在圖5C中，MSE曲線(xiàn)542示出井104a的層段，其為12-1/4" 的層段。在該例子中，鉆井系統(tǒng)102a使用好比該軟巖石具有25ksi壓 縮強(qiáng)度的相同量能量。在5100ft附近，操作員確定能量損失是中度鉆 頭泥包的結(jié)果，并將WOB從約25 klb降低至約8 klb。 MSE曲線(xiàn)542 在WOB修改之后降低，這表明鉆頭效率增加，以及ROP從約80 f^h 增加到約100 fj)h。通過(guò)使用MSE數(shù)據(jù)和其它測(cè)量數(shù)據(jù)，操作員能夠 通過(guò)將MSE用作性能指標(biāo)來(lái)增加鉆井速度。
在該例子中，鉆井系統(tǒng)102a的操作員能夠利用MSE數(shù)據(jù)和其 它測(cè)量數(shù)據(jù)來(lái)確定鉆井作業(yè)的某些性能水平。然后，操作員可調(diào)節(jié)操 作參數(shù)并觀(guān)察MSE曲線(xiàn)542的改變。因此，操作參數(shù)可再被調(diào)節(jié)至這 樣的設(shè)置，在該設(shè)置下MSE曲線(xiàn)542為最小值或在最小值附近。
利用對(duì)于MSE優(yōu)化的操作參數(shù)，鉆井系統(tǒng)102a的工程再設(shè)計(jì) 可被再次檢査，以提供進(jìn)一步的鉆井速度或ROP的增強(qiáng)，如上所討論。 例如，在操作員確認(rèn)鉆頭泥包發(fā)生于軟石灰?guī)r中之后，鉆井部件諸如 噴嘴和流速被改變，以用可利用的鉆井設(shè)備實(shí)現(xiàn)可能的每平方英寸最 高水馬力(HSI)。在鉆頭處的水馬力可通過(guò)增加流經(jīng)鉆頭的體積或降低 噴嘴大小，使得給定流動(dòng)的壓降和速率增加，來(lái)加以改變。兩種改變 消耗了可利用的泵功率。 一般而言，流速在其中井眼凈化優(yōu)先的定向 井中被強(qiáng)調(diào)。在該例子中，因?yàn)楫?dāng)觀(guān)察到鉆頭泥包時(shí)所述泵已經(jīng)在它 們的合同功率輸出下運(yùn)行，所以流速被降低，以使噴嘴壓力下降和HSI 增加。在增加的水壓下，鉆頭泥包的塌積點(diǎn)現(xiàn)己經(jīng)被升高，使得相比 于以前的5-25 klb，允許一致地應(yīng)用25-45 klb的WOB。
作為第四個(gè)例子，圖5D是根據(jù)本技術(shù)的某些方面，對(duì)于鉆頭 泥包塌積的圖1的鉆井系統(tǒng)中提供的第四個(gè)示例性圖表。在該圖表中， 其在本文中通過(guò)引用數(shù)字560被提及，鉆頭泥包再次被檢測(cè)為鉆井系 統(tǒng)102a的塌積限制因素。在圖5D中，MSE曲線(xiàn)562與其它測(cè)量數(shù)據(jù) 沿著深度刻度576 —起顯示，諸如RPM曲線(xiàn)564、扭矩曲線(xiàn)566、 ROP 曲線(xiàn)568、 WOB曲線(xiàn)570、泵壓曲線(xiàn)572和/或流入曲線(xiàn)574。這些曲線(xiàn)562-574的每一個(gè)再次被一起用來(lái)鑒別鉆頭泥包塌積限制因素以及 增加鉆井速度。
在圖5D中，對(duì)于井104a的層段，示出了MSE曲線(xiàn)562，所述 井104a具有鉆井系統(tǒng)102，使用鉆頭110a以及初始HSI為5.2 hp/in2 (馬 力/平方英寸)的鉆井系統(tǒng)102。井104a以前已經(jīng)以平均ROP為約150 *h 的記錄速度鉆過(guò)。然而，因?yàn)椴僮鲉T觀(guān)察到MSE曲線(xiàn)562已經(jīng)增加了 2200 ft至2400 ft之間的某些深度下的值，所以操作員確認(rèn)鉆頭110a 是鉆頭泥包。因此，采用替換鉆頭，其包括這樣的水力條件具有噴 嘴，HSI為11.5 hp/in2。在水力條件'的重新設(shè)計(jì)之后，觀(guān)察在2400 ft 和2600 ft之間的MSE曲線(xiàn)562，其大致等于巖石壓縮強(qiáng)度。在MSE 曲線(xiàn)562中的該變化表明，切削結(jié)構(gòu)被清理，原因在于再設(shè)計(jì)的水力 條件。結(jié)果，ROP在砂層和頁(yè)巖層中增加至大約350 ^h以上，用于接 下來(lái)的3000 ft。
圖6是根據(jù)本技術(shù)的某些方面，對(duì)于井底泥包的圖1的鉆井系 統(tǒng)中提供的示例性圖表。在該圖表中，其在本文中通過(guò)引用數(shù)字600 被提及，MSE和其它測(cè)量數(shù)據(jù)在不同的水力條件下被用于確定鉆井系 統(tǒng)102a的塌積限制因素。在圖6中，MSE曲線(xiàn)602與其它測(cè)量數(shù)據(jù)沿 著時(shí)間線(xiàn)620 —起顯示，諸如ROP曲線(xiàn)604、 RPM曲線(xiàn)606、扭矩曲 線(xiàn)608、 WOB曲線(xiàn)610、大鉤曲線(xiàn)612、泵壓曲線(xiàn)614、流動(dòng)百分?jǐn)?shù)曲 線(xiàn)616和/或流入曲線(xiàn)618。這些曲線(xiàn)602-618的每一個(gè)再次被一起用來(lái) 鑒別塌積限制因素以及增加鉆井速度。
在圖6中，對(duì)于井104a的層段，示出了 MSE曲線(xiàn)602，所述 井104a具有鉆頭110a，其是7 7/8"的鑲硬合金齒的牙輪鉆頭。該鉆頭 110a在水基泥漿的情況下在具有25 ksi巖石強(qiáng)度的地層中鉆井。在該 圖600中，MSE曲線(xiàn)602被升高至約800ksi，其表明塌積限制因素限 制ROP。因?yàn)殂@頭泥包通常不發(fā)生在非常硬的巖石中并且MSE曲線(xiàn) 602不表現(xiàn)出通常表示振動(dòng)的零星振蕩，所以塌積限制因素可能是井底 泥包。也就是說(shuō)，鉆頭110a表現(xiàn)為在通過(guò)差壓保持于井筒底部處的材 料上旋轉(zhuǎn)，而實(shí)際上并不與在細(xì)碎材料之下的巖石接觸。對(duì)于后續(xù)井， 用不同類(lèi)型的鉆頭和高速渦輪更換鉆井系統(tǒng)，其對(duì)于井底泥包情況是更為有效的系統(tǒng)。對(duì)MSE曲線(xiàn)的監(jiān)視使得問(wèn)題的本質(zhì)得以理解，并且 對(duì)嚴(yán)重程度的量化使另一個(gè)鉆井系統(tǒng)能夠在成本上有效。
除了上面討論的井底泥包和鉆頭泥包的例子外，振動(dòng)是導(dǎo)致鉆 井系統(tǒng)無(wú)效率的另一個(gè)塌積限制因素。如上所述，振動(dòng)在扭矩和MSE 方面往往產(chǎn)生更大的變化。振動(dòng)是限制鉆井速度的主要塌積限制因素 之一，且用MSE數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)振動(dòng)數(shù)據(jù)可進(jìn)一步增強(qiáng)鉆井過(guò)程。
例如，鉆井系統(tǒng)102a的操作員可改變鉆井參數(shù)諸如WOB、旋 轉(zhuǎn)速度或其它操作參數(shù)至有效的水平，來(lái)減輕振動(dòng)影響。MSE數(shù)據(jù)的 加入允許操作員清楚地確定振動(dòng)對(duì)鉆井系統(tǒng)效率的影響，并提供對(duì)鉆 井部件的改變的其它觀(guān)點(diǎn)。也就是說(shuō)，MSE數(shù)據(jù)可被用于鑒別設(shè)計(jì)變 化，以降低或限制振動(dòng)對(duì)限制井的鉆井速度的影響。不同類(lèi)型的振動(dòng) 塌積和鉆頭鈍化在下列與圖7A-7K相關(guān)的例子中討論。
圖7A是根據(jù)本技術(shù)的某些方面，在圖1的鉆井系統(tǒng)中提供的 對(duì)于振動(dòng)塌積的第一示例性圖表。在該圖表中，其在本文通過(guò)參考數(shù) 字700被提及，MSE和其它測(cè)量數(shù)據(jù)被用于確定鉆井系統(tǒng)102a的振動(dòng) 塌積限制因素。在圖7A中，MSE曲線(xiàn)702與其它測(cè)量數(shù)據(jù)與深度刻 度709 —起顯示，諸如RPM曲線(xiàn)703、扭矩曲線(xiàn)704、 ROP曲線(xiàn)705、 WOB曲線(xiàn)706、泵壓曲線(xiàn)707和/或流入曲線(xiàn)708。這些曲線(xiàn)702-708 的每一個(gè)再次被一起用來(lái)鑒別塌積限制因素以及增加鉆井速度。
圖7A示出了在5 ksi至10 ksi巖石中進(jìn)行的一系列MSE壓重和 MSERPM試求法。該例子顯示了一些常見(jiàn)的振動(dòng)行為，其由MSE曲 線(xiàn)702和涉及改變WOB的鉆井試驗(yàn)所表示。如該圖表700所示，從 8100 ft至8270 ft, MSE曲線(xiàn)702的值初始為大約30 ksi至大約40 ksi。 當(dāng)WOB在8270 ft降低時(shí)，MSE曲線(xiàn)702上的值降低至15 ksi至25 ksi 的范圍，且ROP曲線(xiàn)705的值增加。然后，在8500 ft， WOB曲線(xiàn)706 的值增加至其初始值，這導(dǎo)致MSE曲線(xiàn)702的值增加和ROP曲線(xiàn)705 的值降低。在8580 ft， WOB降低，且MSE曲線(xiàn)702的值增加至先前 水平之上。
在鉆井作業(yè)期間的WOB變化為操作員提供了關(guān)于鉆并系統(tǒng)性 能的有價(jià)值的信息。例如，從8100 ft至大約8500 ft的WOB變化表明， 振動(dòng)塌積正在發(fā)生且通過(guò)調(diào)節(jié)回到所述WOB。此外，從8500 ft至8650ft， WOB的下降表明，不足的切割深度(DOC)或嚴(yán)重的渦旋正在井104a 內(nèi)發(fā)生。通過(guò)鉆井試驗(yàn)，最高的ROP值被提供于從約12 klb至15 klb 的范圍內(nèi)。此外，鉆井試驗(yàn)表明，振動(dòng)減少是ROP改變的原因，而不 是巖石強(qiáng)度改變的原因，因?yàn)閹r石強(qiáng)度不可能下降15ksi。因此，為進(jìn) 一步增加鉆井速度，可進(jìn)行鉆井部件設(shè)計(jì)改變來(lái)消除或限制在高于15 klb的WOB下的振動(dòng)。
圖7B示出了使用MSE數(shù)據(jù)連同其它測(cè)量數(shù)據(jù)確定振動(dòng)塌積限 制因素的第二個(gè)例子。在圖7B中，在本文通過(guò)參考數(shù)字710被提及的 圖表給出了 MSE和其它測(cè)量數(shù)據(jù)，其用于確定鉆井系統(tǒng)102a的振動(dòng) 塌積限制因素。在圖7B中，MSE曲線(xiàn)712與其它測(cè)量數(shù)據(jù)沿著深度 刻度719 —起顯示，諸如RPM曲線(xiàn)713、扭矩曲線(xiàn)714、 ROP曲線(xiàn)715、 WOB曲線(xiàn)716、泵壓曲線(xiàn)717和/或流入曲線(xiàn)718。這些曲線(xiàn)712-718 的每一個(gè)再次被一起用來(lái)鑒別振動(dòng)塌積限制因素以及增加鉆井速度。
圖7B包括MSE WOB和MSE RPM試求法，其被用來(lái)評(píng)價(jià)在 巖石強(qiáng)度在5 ksi至10 ksi范圍內(nèi)的地層中的鉆井作業(yè)的性能。在該例 子中，井102a是在具有5ksi壓縮強(qiáng)度巖石的巖石內(nèi)的8 1/2'井筒。從 9900 ft至10100 ft， MSE曲線(xiàn)712初始為大約250 ksi，其中峰值可達(dá) 大約500 ksi。作為MSE WOB試求法的一部分，在10200 ft附近，WOB 被增加，而旋轉(zhuǎn)速度被降低，這是減輕旋轉(zhuǎn)振動(dòng)的典型操作。作為該 試求法的結(jié)果，MSE曲線(xiàn)712的值下降，而ROP曲線(xiàn)715的值增加。
在鉆井期間的WOB和RPM變化為操作員提供了關(guān)于鉆井系統(tǒng) 性能的有價(jià)值的信息。從MSE響應(yīng)鉆井參數(shù)的這些變化的方式，確定 振動(dòng)的特性。例如，從9900 ft至大約10200 ft的MSE曲線(xiàn)712表明高 的能量損失，但其并未顯示振動(dòng)的具體特性。并不知道渦旋是原因， 直到WOB增加和MSE下降——如果初始情況是渦旋的話(huà)，這是預(yù)期 的響應(yīng)。如果初始情況主要是粘滑振動(dòng)，則MSE和振動(dòng)能量損失將增 加。 一些ROP響應(yīng)可在無(wú)MSE曲線(xiàn)712的情況下進(jìn)行解釋?zhuān)驗(yàn)镽OP 值通常以成比例的關(guān)系隨著WOB的增加而增加。然而，在10200 ft 至10350 ft的范圍內(nèi)，ROP響應(yīng)不成比例地高，且MSE曲線(xiàn)712的值 在這個(gè)相同的范圍內(nèi)下降。因此，MSE曲線(xiàn)712以及WOB曲線(xiàn)716 和ROP曲線(xiàn)715上的值表明，鉆頭不僅僅由于增加的WOB而鉆得更快，但卻更有效。因此，MSE WOB和MSE RPM試求法可被進(jìn)行來(lái)減 輕振動(dòng)塌積，或提供改變鉆井系統(tǒng)以增加鉆井速度的進(jìn)一步理由。
在該例子中，在MSE曲線(xiàn)712中觀(guān)察到這樣的基線(xiàn)趨勢(shì)，其中 MSE值總體上隨深度而增加。該增加的原因在于當(dāng)管和井筒壁之間的 累積接觸隨深度增加時(shí)鉆柱摩擦增加。當(dāng)出現(xiàn)大的摩擦損失時(shí)，MSE 值可以超過(guò)巖石強(qiáng)度。這并不降低MSE數(shù)據(jù)的用途，因?yàn)樵谒龅姆?法中，MSE數(shù)據(jù)僅用作效率的相對(duì)指標(biāo)，并與其它測(cè)量數(shù)據(jù)一起使用。 如果對(duì)操作參數(shù)進(jìn)行改變，并且MSE下降或增加，則所述過(guò)程變得更 有效或更無(wú)效。因此，MSE值的相對(duì)響應(yīng)被用于幫助進(jìn)行操作決定， 而不是其絕對(duì)值。
圖7C示出了使用MSE數(shù)據(jù)連同其它測(cè)量數(shù)據(jù)，確定振動(dòng)塌積 限制因素的第三個(gè)例子。在圖7C中，在本文通過(guò)參考數(shù)字720被提及 的圖表，給出了 MSE和其它測(cè)量數(shù)據(jù)，其用于確定鉆井系統(tǒng)102a的 振動(dòng)塌積限制因素。在圖7C中，MSE曲線(xiàn)722與其它測(cè)量數(shù)據(jù)沿著 深度刻度729 —起顯示，諸如RPM曲線(xiàn)723、扭矩曲線(xiàn)724、 ROP曲 線(xiàn)725、 WOB曲線(xiàn)726、泵壓曲線(xiàn)727和/或流入曲線(xiàn)728。這些曲線(xiàn) 722-728的每一個(gè)再次被一起用來(lái)鑒別振動(dòng)塌積限制因素以及增加鉆 井速度。
圖7C包括MSE WOB和MSE RPM試求法，其用于評(píng)價(jià)在巖 石強(qiáng)度大約1 ksi至10ksi的范圍內(nèi)的地層中的鉆井作業(yè)。在該例子中， 當(dāng)鉆頭110a~~其為強(qiáng)有力的PDC鉆頭——遇到巖石強(qiáng)度為大約3ksi 至8ksi的第一巖石層段時(shí)，發(fā)生旋轉(zhuǎn)振動(dòng)。在所述第一層段中，MSE 曲線(xiàn)722的值增加50 ksi以上，表明振動(dòng)塌積開(kāi)始。操作員增加WOB， 以維持ROP水平。在100ft的鉆井中，該調(diào)整給鉆頭110a造成了嚴(yán)重 的損壞。對(duì)于該層段，鉆井系統(tǒng)102a收集的井徑測(cè)井表明，在該層段 中由偏心回轉(zhuǎn)鉆頭形成了過(guò)大的井筒。
在相同井104a的后續(xù)鉆井作業(yè)中，在比第一層段深500ft處遇 到了具有相似性質(zhì)的另一巖石層?；贛SE曲線(xiàn)722， WOB和RPM 值被降低，以防止對(duì)鉆頭110a造成損傷。在MSE曲線(xiàn)722表明鉆井 作業(yè)穿過(guò)第二層段之后，鉆井參數(shù)被回復(fù)到先前的水平，以恢復(fù)對(duì)于 井104a而言的優(yōu)化水平下的鉆井作業(yè)。當(dāng)在到達(dá)目標(biāo)深度后，將鉆頭110a從井104a拉出來(lái)時(shí)，鉆頭110a看起來(lái)沒(méi)有受到損壞。如此，MSE 數(shù)據(jù)連同其它測(cè)量數(shù)據(jù)的使用可被用于指示提供塌積限制因素的具體 層段。
圖7D示出了使用MSE數(shù)據(jù)連同其它測(cè)量數(shù)據(jù)來(lái)確定振動(dòng)塌積 限制因素的第四個(gè)例子。在圖7D中，在本文通過(guò)參考數(shù)字730被提及 的圖表，給出了 MSE和其它測(cè)量數(shù)據(jù)，其用于確定鉆井系統(tǒng)102a的 振動(dòng)塌積限制因素。在圖7D中，MSE曲線(xiàn)732沿著深度刻度735與 振動(dòng)曲線(xiàn)733和ROP曲線(xiàn)734 —起顯示。這些曲線(xiàn)732-734的每一個(gè) 被一起用來(lái)鑒別振動(dòng)塌積限制因素以及增加鉆井速度。
圖7D包括本技術(shù)的其它方面，其可利用MSE曲線(xiàn)732以及振 動(dòng)曲線(xiàn)733來(lái)增加鉆井速度。直到最近，很少有振動(dòng)監(jiān)測(cè)工具在觀(guān)察 到25-50 g's (重力)的加速度之前傳送振動(dòng)警報(bào)，因?yàn)樵撍较碌恼?動(dòng)可能損害鉆井部件或工具。因此，許多操作員通常未意識(shí)到振動(dòng)可 能限制ROP。此外，盡管鉆頭泥包容易識(shí)別，且可用多種技術(shù)減輕， 但是振動(dòng)通常更細(xì)微并難以從巖石壓縮強(qiáng)度的變化進(jìn)行辨別。同樣， 振動(dòng)傾向可以隨著巖性、鉆井流體靜壓頭和其它因素改變，這可能涉 及WOB和RPM的頻繁改變。這種可能涉及復(fù)雜關(guān)系的連續(xù)測(cè)試和分 析的復(fù)雜性導(dǎo)致振動(dòng)難以檢測(cè)，以及難以通過(guò)重新設(shè)計(jì)鉆井系統(tǒng)來(lái)適 當(dāng)解決。
在該例子中，如在振動(dòng)曲線(xiàn)733所示，可降低ROP曲線(xiàn)734的 值的振動(dòng)幅度可能是小的。MSE曲線(xiàn)和振動(dòng)曲線(xiàn)733之間的相關(guān)性在 從8200 ft至8450 ft的深度被清楚地示出。導(dǎo)致無(wú)效率的振動(dòng)水平通常 在3g's以下。具體而言，在8350 ft至8400ft的深度處的振幅相對(duì)高， 而MSE曲線(xiàn)732的值仍保持相對(duì)低。這些幅度變化可以是粘滑的指示， 這可以是扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的一種形式，如上所討論。因此，振動(dòng)數(shù)據(jù)和MSE 數(shù)據(jù)的組合提供了對(duì)塌積限制因素在技術(shù)上的理解，這通過(guò)單獨(dú)評(píng)價(jià) 振動(dòng)數(shù)據(jù)和MSE數(shù)據(jù)不總是明顯的。因此，基于這類(lèi)信息的組合，對(duì)鉆井部件的設(shè)計(jì)變化可以是成本上合理的，以增加鉆井速度。
圖7E示出了使用MSE數(shù)據(jù)連同其它測(cè)量數(shù)據(jù)確定振動(dòng)塌積限 制因素的第五個(gè)例子。在圖7E中，在本文通過(guò)參考數(shù)字740被提及的 圖表，給出了 MSE和其它測(cè)量數(shù)據(jù)，其用于確定鉆井系統(tǒng)102a的振動(dòng)塌積限制因素。具體而言，MSE曲線(xiàn)742與其它測(cè)量數(shù)據(jù)沿著時(shí)間 線(xiàn)751—起顯示，諸如扭矩曲線(xiàn)743、 WOB曲線(xiàn)744、泵壓曲線(xiàn)745、 流入曲線(xiàn)746、軸向振動(dòng)曲線(xiàn)747、側(cè)向振動(dòng)曲線(xiàn)748、粘滑振動(dòng)曲線(xiàn) 749和/或ROP曲線(xiàn)750。這些曲線(xiàn)742-750的每一個(gè)再次被一起用來(lái) 鑒別振動(dòng)塌積限制因素以及增加鉆井速度。
圖7E包括本技術(shù)的其它方面，其可利用MSE曲線(xiàn)742以及振 動(dòng)數(shù)據(jù)諸如軸向振動(dòng)曲線(xiàn)747、側(cè)向振動(dòng)曲線(xiàn)748和粘滑振動(dòng)曲線(xiàn)749 來(lái)分析和鑒別振動(dòng)塌積。在該例子中，鉆井系統(tǒng)102a包括測(cè)量設(shè)備 406a，其是己被改變以顯示MSE數(shù)據(jù)連同實(shí)時(shí)振動(dòng)數(shù)據(jù)的井下振動(dòng)監(jiān) 測(cè)系統(tǒng)。最初，MSE曲線(xiàn)742的值在壓縮強(qiáng)度在30 ksi以下的巖石中 為大約50ksi。這些升高的MSE值可能與定向井的鉆柱阻力有關(guān)。因 此，調(diào)節(jié)操作參數(shù)可清楚地確定鉆頭是否有效。在時(shí)間線(xiàn)751上的13:12 hrs的時(shí)刻，WOB從12klb增加至14klb，這導(dǎo)致MSE曲線(xiàn)742的值 從50 ksi降低至大約40 ksi，而ROP曲線(xiàn)750的值增加。除了這些改 變之外， 一旦WOB被調(diào)節(jié)，側(cè)向振動(dòng)曲線(xiàn)748的值也下降。當(dāng)在時(shí)間 線(xiàn)751上從13:12 hrs (小時(shí))至13:57 hrs， WOB逐漸增加時(shí)，MSE曲線(xiàn) 742的值隨著WOB持續(xù)下降。然后，在時(shí)間線(xiàn)751上的13:57 hr處， WOB增加，而MSE曲線(xiàn)742的值降低和ROP曲線(xiàn)750的值增加。
在該例子中，MSE曲線(xiàn)742、側(cè)向振動(dòng)曲線(xiàn)748和ROP曲線(xiàn) 750的改變表明塌積限制因素是渦旋。具體而言，曲線(xiàn)對(duì)WOB變化的 響應(yīng)表明，鉆頭110a最初是塌積，并且隨著WOB增加而變得有效。 如果鉆頭效率未改變，則MSE曲線(xiàn)742的值應(yīng)當(dāng)尚未改變。同樣，ROP 曲線(xiàn)750的值的變化——其大約為100%——與WOB曲線(xiàn)744的值的 增加一一其大約為16%—一不成比例。該不成比例的增加是鉆頭在 WOB增加下根本地變得更有效的結(jié)果。此外，側(cè)向振動(dòng)曲線(xiàn)748的值 確認(rèn)了初始水平的渦旋，其當(dāng)WOB增加時(shí)被降至最小水平。還應(yīng)當(dāng)注 意到，井下振動(dòng)監(jiān)測(cè)工具未被設(shè)立來(lái)匯報(bào)對(duì)于LWD工具常見(jiàn)的低水平 的鉆頭振動(dòng)。井下加速度計(jì)的優(yōu)勢(shì)是當(dāng)一些試驗(yàn)被用于由MSE曲線(xiàn) 742確定振動(dòng)類(lèi)型時(shí)，清楚指示正發(fā)生的振動(dòng)類(lèi)型。然而，MSE曲線(xiàn) 742清楚地給出了振動(dòng)影響鉆井性能的程度。如此，MSE曲線(xiàn)連同振動(dòng)曲線(xiàn)諸如軸向振動(dòng)曲線(xiàn)747、側(cè)向振動(dòng)曲線(xiàn)748和粘滑振動(dòng)曲線(xiàn)749 的使用是互補(bǔ)的。
圖7F示出了使用MSE數(shù)據(jù)連同其它測(cè)量數(shù)據(jù)確定振動(dòng)塌積限 制因素的第六個(gè)例子。在圖7F中，在本文通過(guò)參考數(shù)字760被提及的 圖表，給出了 MSE和其它測(cè)量數(shù)據(jù)，其用于確定鉆井系統(tǒng)102a的振 動(dòng)塌積限制因素。具體而言，MSE曲線(xiàn)762與其它測(cè)量數(shù)據(jù)沿著深度 刻度771 —起顯示，諸如鉆頭RPM曲線(xiàn)763、扭矩曲線(xiàn)764、 WOB曲 線(xiàn)765、大鉤壓重曲線(xiàn)766、立管壓(SPP)曲線(xiàn)767、流入曲線(xiàn)768、 ROP (以分鐘/ft計(jì))曲線(xiàn)769、 ROP (以ft/hr計(jì))曲線(xiàn)770。這些曲線(xiàn) 762-770的每一個(gè)再次被一起用來(lái)鑒別振動(dòng)塌積限制因素以及增加鉆 井速度。
在該例子中，WOB最初為25klb，其是施加到8 1/2" PDC鉆頭 的合理壓重。MSE曲線(xiàn)762的值在500 ksi下是不成比例的，這表明了 在10ksi強(qiáng)度的巖石中的低效。如果地層是更硬強(qiáng)度的巖石，例如ffith 硬石膏巖、Khail硬石膏巖以及Khuff白云巖和硬石膏巖，則渦旋可能 是塌積限制因素。為確認(rèn)該塌積限制因素，WOB被逐漸增加至35 klb， 而MSE曲線(xiàn)762的值被降至200 ksi，且ROP曲線(xiàn)770的值從大約25 fi)h增加至75 *h。因?yàn)閃OB接近生產(chǎn)商的推薦極限，所以WOB不 被進(jìn)一步增加，而剩余渦旋的附加減輕可包括鉆井系統(tǒng)的再設(shè)計(jì)。例 如，具有1.22度轉(zhuǎn)向彎曲的馬達(dá)可用0.78至1.0度的設(shè)置替代，以降 低產(chǎn)生一些渦旋傾向的旋轉(zhuǎn)不平衡。在一些層段中，軌跡和目標(biāo)大小 可被改變，使得可轉(zhuǎn)向馬達(dá)用高扭矩直管式馬達(dá)更換。這些鉆井部件 改變可增加鉆頭效率并增加鉆井速度。
圖7G示出了使用MSE數(shù)據(jù)連同其它測(cè)量數(shù)據(jù)，擴(kuò)展振動(dòng)塌積 限制因素的第七個(gè)例子。在圖7G中，在本文通過(guò)參考數(shù)字780被提及 的圖表，給出了 MSE和其它測(cè)量數(shù)據(jù)，其用于擴(kuò)展鉆井系統(tǒng)102a的 振動(dòng)塌積限制因素。具體而言，MSE曲線(xiàn)782與其它測(cè)量數(shù)據(jù)沿著深 度刻度794 —起顯示，諸如鉆頭RPM曲線(xiàn)783、扭矩曲線(xiàn)784、 WOB 曲線(xiàn)785、大鉤負(fù)荷(WOH)曲線(xiàn)786、 SPP曲線(xiàn)787、流入曲線(xiàn)788、 流出曲線(xiàn)789、軸向曲線(xiàn)790、側(cè)向曲線(xiàn)791、粘滑曲線(xiàn)792和/或ROP曲線(xiàn)793。這些曲線(xiàn)782-793的每一個(gè)再次被一起用來(lái)鑒別振動(dòng)塌積限 制因素以及增加鉆井速度。在該例子中，鉆井部件的改變擴(kuò)展了塌積限制因素并增加了鉆 井速度。具體而言，對(duì)于8 1/2"井筒，具有0.78度轉(zhuǎn)向彎曲的馬達(dá)被 拉出，并用直管式馬達(dá)更換。如圖7G所示，在8400ft附近，MSE曲 線(xiàn)782的值從大約80 ksi降至30 ksi， WOB曲線(xiàn)784的值從40 klb降 至20 klb，而ROP曲線(xiàn)793的值從50 Q)h增加至100 f^h以上。當(dāng)塌 積限制是渦旋時(shí)，馬達(dá)的更換增加了ROP，并超過(guò)了以前的水平。
圖7H顯示了使用MSE數(shù)據(jù)連同其它測(cè)量數(shù)據(jù)擴(kuò)展振動(dòng)塌積限 制因素的第八個(gè)例子。在圖7H中，在本文通過(guò)參考數(shù)字800被提及的 圖表，給出了 MSE和其它測(cè)量數(shù)據(jù)，其用于擴(kuò)展鉆井系統(tǒng)102a的振 動(dòng)塌積限制因素。具體而言，MSE曲線(xiàn)802與其它測(cè)量數(shù)據(jù)沿著深度 刻度813 —起顯示，諸如RPM曲線(xiàn)803、扭矩曲線(xiàn)804、 WOB曲線(xiàn) 805、鉆頭RPM曲線(xiàn)806、 SPP曲線(xiàn)807、流動(dòng)泵曲線(xiàn)808、軸向曲線(xiàn) 809、側(cè)向曲線(xiàn)810、粘滑曲線(xiàn)811和/或ROP曲線(xiàn)812。這些曲線(xiàn)802-812 的每一個(gè)再次被一起用來(lái)鑒別振動(dòng)塌積限制因素以及增加鉆井速度。
在該例子中，具有用于12 1/4"井筒的測(cè)量設(shè)備406a的鉆井系統(tǒng) 102a被采用。MSE曲線(xiàn)802上的值表明振動(dòng)——其是扭轉(zhuǎn)振動(dòng)或粘滑 ——是該層段的鉆井系統(tǒng)102a的塌積限制因素。具體而言，MSE曲線(xiàn) 802上的值在100 ksi以上，而所述測(cè)量設(shè)備"其為井下振動(dòng)監(jiān)測(cè)工 具——示出了高水平的粘滑和中度水平的渦旋。因此，在大約5185 ft 處，WOB從約45 klb降至35 klb，這導(dǎo)致MSE曲線(xiàn)802和粘滑曲線(xiàn) 811的值的下降。同樣，ROP曲線(xiàn)812的值從25fyh增加至200fyh以 上。因此，振動(dòng)數(shù)據(jù)和MSE數(shù)據(jù)被一起使用來(lái)增加ROP。
圖71顯示了使用MSE數(shù)據(jù)連同其它測(cè)量數(shù)據(jù)擴(kuò)展振動(dòng)塌積限 制因素的第九個(gè)例子。在圖7I中，在本文通過(guò)參考數(shù)字820被提及的 圖表，給出了 MSE和其它測(cè)量數(shù)據(jù)，其用于擴(kuò)展鉆井系統(tǒng)102a的振 動(dòng)塌積限制因素。具體而言，MSE曲線(xiàn)822與其它測(cè)量數(shù)據(jù)沿著時(shí)間 線(xiàn)833 —起顯示，諸如扭矩曲線(xiàn)823、 WOB曲線(xiàn)824、大鉤壓重曲線(xiàn) 825、泵壓曲線(xiàn)826、流入曲線(xiàn)827、流出曲線(xiàn)828、軸向曲線(xiàn)829、側(cè)向曲線(xiàn)830、粘滑曲線(xiàn)831禾口/或ROP曲線(xiàn)832。這些曲線(xiàn)822-832的 每一個(gè)再次被一起用來(lái)鑒別振動(dòng)塌積限制因素以及增加鉆井速度。
在該例子中，鉆井系統(tǒng)102a包括來(lái)自井中的測(cè)量設(shè)備406a的 數(shù)據(jù)。如MSE曲線(xiàn)822和粘滑曲線(xiàn)831的值所示，在WOB曲線(xiàn)824 上的值的變化降低了 ROP。這表明塌積限制因素是粘滑和中度量的渦 旋，其在WOB的增加過(guò)程中發(fā)生。盡管粘滑可通過(guò)增加旋轉(zhuǎn)速度來(lái)減 輕，但是鉆頭速度和WOB的組合可被平衡，以確定不形成渦旋或粘滑。
此外，盡管通過(guò)調(diào)節(jié)鉆井參數(shù)，對(duì)于這些塌積限制因素最大化 ROP是可能的，但許多鉆井部件變化可用于進(jìn)一步增加ROP。例如， 其它鉆井部件變化可包括擴(kuò)展鉆頭規(guī)格長(zhǎng)度，以增加側(cè)向穩(wěn)定性；利 用與直式鉆具組合上的鉆頭一起旋轉(zhuǎn)的近鉆頭穩(wěn)定器而不是套管式穩(wěn) 定器；以及利用高扭矩馬達(dá)以便所述系統(tǒng)當(dāng)渦旋被有效減輕時(shí)不受到 馬達(dá)差速的限制。此外，其它鉆井部件變化可包括使鉆頭規(guī)區(qū)漸細(xì)、 使鉆頭規(guī)區(qū)(bit gauge area)呈螺旋狀、利用震擊器、改變鉆柱部件的 位置、改變流體流變學(xué)或在流體中包括添加劑來(lái)改變振動(dòng)行為或改變 鉆柱部件的質(zhì)量或剛度。渦旋和粘滑減輕嘗試成功的一個(gè)量度是增加 的鉆頭等級(jí)，盡管施加了高WOB。圖7J顯示了使用MSE數(shù)據(jù)連同其它測(cè)量數(shù)據(jù)擴(kuò)展振動(dòng)塌積限 制因素的第十個(gè)例子。在圖7J中，在本文通過(guò)參考數(shù)字840被提及的 圖表，給出了 MSE和其它測(cè)量數(shù)據(jù)，其用于擴(kuò)展鉆井系統(tǒng)102a的振 動(dòng)塌積限制因素。具體而言，MSE曲線(xiàn)842與其它測(cè)量數(shù)據(jù)沿著時(shí)間 線(xiàn)852 —起顯示，諸如RPM曲線(xiàn)843、扭矩曲線(xiàn)844、 ROP曲線(xiàn)845、 WOB曲線(xiàn)846、壓力曲線(xiàn)847、流動(dòng)曲線(xiàn)848、軸向曲線(xiàn)849、側(cè)向曲 線(xiàn)850和/或粘滑曲線(xiàn)851。這些曲線(xiàn)842-851的每一個(gè)再次被一起用來(lái) 鑒別振動(dòng)塌積限制因素以及增加鉆井速度。在該例子中，含有測(cè)量設(shè)備406a的鉆井系統(tǒng)102a被用在井筒 內(nèi)。最初，MSE曲線(xiàn)842的值為大約10 ksi。當(dāng)軸向振動(dòng)發(fā)生時(shí)，如 軸向曲線(xiàn)849所示，鉆井作業(yè)遇到硬的地層層段，例如白云巖低產(chǎn)段。 WOB從10 klb增加至25 klb，且MSE曲線(xiàn)842上的值增加至大約35 ksi，其可能接近白云巖低產(chǎn)段中的巖石強(qiáng)度。當(dāng)WOB被降低至大約15 klb至20 klb時(shí)，在軸向曲線(xiàn)849上的軸向振動(dòng)降低而ROP相應(yīng)地 增加。圖7K顯示了使用MSE數(shù)據(jù)連同其它測(cè)量數(shù)據(jù)來(lái)確定鉆頭鈍化 的例子。在圖7K中，在本文通過(guò)參考數(shù)字860被提及的圖表，給出了 MSE和其它測(cè)量數(shù)據(jù)，其用于確定鉆井系統(tǒng)102a的塌積限制因素。具 體而言，MSE曲線(xiàn)862與其它測(cè)量數(shù)據(jù)沿著深度刻度869 —起顯示， 諸如RPM曲線(xiàn)863、扭矩曲線(xiàn)864、 ROP曲線(xiàn)865、 WOB曲線(xiàn)866、 泵壓曲線(xiàn)867和/或流入曲線(xiàn)868。這些曲線(xiàn)862-868的每一個(gè)再次被一 起用來(lái)鑒別鉆頭鈍化以及增加鉆井速度。圖7K包括本技術(shù)的其它方面，其利用MSE曲線(xiàn)862來(lái)分析和 鑒別鉆頭鈍化趨勢(shì)。在該例子中，鉆頭110a是8 1/2"鑲硬合金齒的牙 輪鉆頭，其用于巖石強(qiáng)度為20 ksi的巖層中。在該具體的例子中，定 向井104a的高鉆柱扭矩和振動(dòng)被檢測(cè)。因?yàn)閷?duì)于鈍的鉆頭，從最后50 ft至100ft，能耗往往穩(wěn)定增加，所以鉆頭往往在其操作的大部分中是 有效的。然而， 一旦鈍化開(kāi)始，切割特性迅速改變，且鉆頭在較短的 時(shí)間內(nèi)變得低效率。因此，如從11100 ft附近至11170 ft的MSE曲線(xiàn) 862所示，MSE曲線(xiàn)862的值增加，同時(shí)ROP曲線(xiàn)865的值下降。一 旦鉆頭被更換，MSE曲線(xiàn)862和ROP曲線(xiàn)865從11170 ft以上是穩(wěn)定 的。因此，操作員關(guān)于預(yù)期的鉆頭壽命的知識(shí)以及MSE和其它測(cè)量數(shù) 據(jù)可用于通過(guò)避開(kāi)塌積限制因素來(lái)增加鉆井速度。
應(yīng)當(dāng)注意到，MSE數(shù)據(jù)和其它測(cè)量數(shù)據(jù)的監(jiān)視適用于多口井。 例如，所述井可包括垂直井和定向井。此外，MSE和其它測(cè)量數(shù)據(jù)的 監(jiān)視可用于不同的巖石類(lèi)型、不同的深度、以及與用于不同大小的井 筒的鉆頭一起使用。作為另一實(shí)施方式，鉆井系統(tǒng)設(shè)備404a-404n可連接于鉆井系 統(tǒng)102a-102n的其它部件，使鉆井過(guò)程自動(dòng)化。例如，通過(guò)鉆柱的給進(jìn) 速率，控制許多參數(shù)。所述鉆柱前進(jìn)的速率可用于維持WOB、扭矩、 ROP和井下馬達(dá)差速的期望值。因此，鉆井系統(tǒng)102a-102n的操作員 可利用MSE數(shù)據(jù)和其它測(cè)量數(shù)據(jù)來(lái)自動(dòng)控制鉆井作業(yè)。鉆井系統(tǒng)設(shè)備 404a-404n可進(jìn)行各種試驗(yàn)，例如MSE壓重試驗(yàn)和MSE數(shù)據(jù)試驗(yàn)，通 過(guò)自動(dòng)調(diào)節(jié)鉆井參數(shù)諸如WOB和鉆頭RPM進(jìn)行。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)可連續(xù)對(duì)面積求積分，并利用正在進(jìn)行的面積改變作為需要改變WOB
或RPM的指示。作為另一個(gè)實(shí)施方式，鉆井系統(tǒng)設(shè)備404a-404n可連接于鉆井 系統(tǒng)102a-102n的其它部件，使鉆井過(guò)程自動(dòng)化。例如，通過(guò)鉆柱的給 進(jìn)速率控制許多參數(shù)。所述鉆柱前進(jìn)的速率可用于維持WOB、扭矩、 ROP和井下馬達(dá)差速的期望值。因此，鉆井系統(tǒng)102a-102n的操作員 可利用MSE數(shù)據(jù)和其它測(cè)量數(shù)據(jù)來(lái)自動(dòng)控制鉆井作業(yè)。鉆井系統(tǒng)設(shè)備 404a-404n可進(jìn)行各種試驗(yàn)，例如MSE壓重試驗(yàn)和MSE數(shù)據(jù)試驗(yàn)，通 過(guò)自動(dòng)調(diào)節(jié)鉆井參數(shù)諸如WOB和鉆頭RPM進(jìn)行。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)可 連續(xù)對(duì)面積求積分，并利用正在進(jìn)行的面積改變作為需要改變WOB 或RPM的指示。同樣，在另一個(gè)實(shí)施方式中，圖3的過(guò)程可包括一些對(duì)圖3的 步驟的另外的改變，以對(duì)于兩口或更多口井利用該過(guò)程。例如，在框 304，歷史MSE數(shù)據(jù)和其它測(cè)量數(shù)據(jù)可通過(guò)一口或更多口以前的井進(jìn) 行分析，以確定限制以前井的鉆井速度的多個(gè)因素中的一個(gè)或多個(gè)。 然后，在框306中，鉆井部件或設(shè)備以及鉆井操作可被選擇來(lái)減輕所 述因素。這些鉆井部件和鉆井操作可被用來(lái)利用該減輕的技術(shù)開(kāi)始當(dāng) 前井或已計(jì)劃井的鉆井，如框308所示。在鉆井時(shí)，可觀(guān)察MSE數(shù)據(jù) 和其它測(cè)量數(shù)據(jù)，以進(jìn)一歩改變可控制的鉆井參數(shù)，如框310所示。 在框312中，限制當(dāng)前井的鉆井速度的塌積限制因素或要素可被記錄 并作為結(jié)果存檔，以鑒別連續(xù)限制鉆井速度的因素的方式進(jìn)行。然后， 基于所述觀(guān)察，可規(guī)定對(duì)多種因素之一的計(jì)劃減輕。該因素可通過(guò)在 該井或后續(xù)井中改變鉆井部件或鉆井操作來(lái)減輕或解決。對(duì)于油田中 的其它后續(xù)井，該過(guò)程可被重復(fù)，這可以是程序的一部分。
此外，在其它實(shí)施方式中，MSE數(shù)據(jù)可以作為MSE數(shù)據(jù)連同 其它測(cè)量數(shù)據(jù)的3維(3D)作圖給出。例如，MSE數(shù)據(jù)可以與不同的 旋轉(zhuǎn)速度和不同的WOB—起作圖。在該例子中，所述圖中的峰表示導(dǎo) 致鉆頭無(wú)效的兩種參數(shù)的組合。如此，鉆井系統(tǒng)的操作員可通過(guò)使用 WOB和RPM實(shí)時(shí)地利用該數(shù)據(jù)，其中MSE在最低點(diǎn)，以?xún)?yōu)化效率。 盡管該例子是對(duì)于RPM和WOB而言，但多種參數(shù)可以以這種方式作 圖，同時(shí)在z軸上使用MSE來(lái)直觀(guān)地顯示它們對(duì)性能的影響。
然而，應(yīng)當(dāng)注意到，MSE數(shù)據(jù)和其它測(cè)量數(shù)據(jù)的3D作圖可用 于對(duì)幾乎任何可用于增強(qiáng)效率的鉆井參數(shù)和測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行作圖。如上 所述，通常，塌積限制因素是鉆井作業(yè)無(wú)效的基礎(chǔ)。作為具體的例子， 水力條件和WOB已知影響鉆頭泥包。因此，通過(guò)以給定流速泵送、然 后逐步增加WOB來(lái)觀(guān)察MSE數(shù)據(jù)的變化，可提供3D作圖。然后， 流速可被增加，且WOB逐步上升，以再次觀(guān)察MSE數(shù)據(jù)。利用該數(shù) 據(jù)，3D作圖可被提供給鉆井系統(tǒng)的操作員，以選擇提供優(yōu)化的ROP 的流速和WOB，同時(shí)保持低的MSE。 3D作圖的好處來(lái)自于這樣的事實(shí)存在許多可同時(shí)影響ROP 的設(shè)置和測(cè)量因素。3D作圖提供了同時(shí)分析這些中至少兩個(gè)的機(jī)制。 因?yàn)檫@些關(guān)系中的許多是復(fù)雜的且難以預(yù)測(cè)，特別是與振動(dòng)相關(guān)的那 些，所以使所述設(shè)置和因素對(duì)MSE數(shù)據(jù)作圖提供了確定塌積限制因素 的有效機(jī)制。因此，作圖概念包括但不限于，示例參數(shù)比較，諸如WOB 對(duì)RPM、 HSI對(duì)WOB、水力沖擊對(duì)WOB、流速對(duì)WOB、 HSI對(duì)RPM 和/或馬達(dá)差壓對(duì)RPM。同樣，作圖概念也可應(yīng)用于振動(dòng)限制因素。也 就是說(shuō)，粘滑、軸向或側(cè)向振動(dòng)數(shù)據(jù)可與不同的鉆井參數(shù)和MSE數(shù)據(jù) 比較，以提供振動(dòng)限制因素的明確指示。在每一個(gè)例子中，兩個(gè)參數(shù) 可在x和y軸上繪圖，而MSE數(shù)據(jù)被繪制至第三個(gè)軸，以提供參數(shù)對(duì) 鉆井系統(tǒng)效率的影響的形象化圖。這可為操作員提供進(jìn)一步增強(qiáng)鉆井 速度的其它觀(guān)點(diǎn)。除了 3D作圖外，其它類(lèi)似的顯示可用于表示豎軸上MSE的 改變，例如色碼、網(wǎng)紋或陰影以及網(wǎng)格密度。這些不同的顯示可幫助 操作員區(qū)分不同的參數(shù)，以鑒別潛在的塌積限制因素。
此外，也應(yīng)當(dāng)注意到，MSE數(shù)據(jù)和其它測(cè)量數(shù)據(jù)可用于各個(gè) 位置的井的鉆井。例如，第一井的MSE數(shù)據(jù)和其它測(cè)量數(shù)據(jù)可與第一 地層相關(guān)。與第一井相關(guān)的MSE數(shù)據(jù)和其它測(cè)量數(shù)據(jù)可用于幫助正鉆 至第二地層的第二井的分析。事實(shí)上，這些地層甚至可位于不同的油 田。如此，應(yīng)當(dāng)理解，來(lái)自第一井的MSE數(shù)據(jù)和其它測(cè)量數(shù)據(jù)可用于 在相同或另一油田中的同步鉆井或隨后鉆井的井中。也就是說(shuō)，遇到 相似的MSE和其它測(cè)量數(shù)據(jù)的模式或趨勢(shì)的井可被分析，以提供在其 它井的鉆井作業(yè)和操作實(shí)踐中的見(jiàn)解。
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而且，MSE和其它測(cè)量數(shù)據(jù)的使用可延伸至到達(dá)最終深度之 外。例如，如上所述，在對(duì)井筒進(jìn)行測(cè)井用擴(kuò)眼、注水泥前對(duì)套管擴(kuò) 眼至底部時(shí)，可利用MSE和其它測(cè)量數(shù)據(jù)。同樣，所述數(shù)據(jù)可用于修 井作業(yè)，其包括鉆碎井中水泥塞或其它材料。如此，應(yīng)當(dāng)理解，快速 鉆井過(guò)程擴(kuò)展至注水泥和完井作業(yè)，或者任何用于油田內(nèi)的井或多口 井壽命的后續(xù)補(bǔ)救作業(yè)。此外，如上所述，非鉆頭的限制因素可存在于鉆井作業(yè)中。例 如，非鉆頭的限制因素可包括巖屑從井眼除去或通過(guò)地面設(shè)備處理的 速度、隨鉆測(cè)井工具可獲取地層數(shù)據(jù)的鉆井速度、限制鉆壓以控制在 其中鉆井的方向的需要、具體的鉆井液有效密封暴露的滲透地層表面 的能力、可使用的馬達(dá)的扭矩額定值、上驅(qū)動(dòng)或轉(zhuǎn)盤(pán)扭矩額定值、鉆 柱的上緊力矩限制、井筒承受在高ROP下由于切削載荷而增加的循環(huán) 壓力的能力、井下馬達(dá)軸承載荷對(duì)WOB的限制以及由于下列原因不能 從地面?zhèn)鬟f力矩給鉆頭摩擦阻力；測(cè)量、分析、識(shí)別或改正ROP限 制因素人員的足夠培訓(xùn)；允許分析或通信的數(shù)據(jù)的無(wú)效顯示；人員拒 絕改變；以及人員拒絕操作風(fēng)險(xiǎn)的可察覺(jué)增加。在限制鉆井作業(yè)的因素被鑒別出來(lái)的情況下，上述的這些過(guò)程 提供了所述因素的優(yōu)先次序，以使所述增強(qiáng)成流線(xiàn)型。如上所述，因 為因素諸如鉆頭和非鉆頭的限制因素的數(shù)目可能很大，所以用于解決 具體的限制因素的工程資源可不同。因此，為有效管理資源分配，所 述過(guò)程可包括在油田作業(yè)中區(qū)分限制因素的優(yōu)先次序的方法。該區(qū)分 優(yōu)先次序可在下列的例子中最好地理解，其參考圖2。
如圖2所示，當(dāng)進(jìn)行鉆井作業(yè)時(shí)，WOB可被增加。如果ROP 響應(yīng)是線(xiàn)性的——其可通過(guò)MSE監(jiān)視進(jìn)行確定，則鉆頭是有效的。因 此，鉆井作業(yè)可繼續(xù)增加WOB，直到觀(guān)察到非線(xiàn)性的響應(yīng)，或者ROP 變成非鉆頭限制的。對(duì)于非線(xiàn)性響應(yīng)，可進(jìn)行操作調(diào)節(jié)，以通過(guò)在塌 積限制因素以下操作來(lái)最小化MSE。對(duì)于鉆頭和非鉆頭的限制因素， 塌積可以被鑒別并記錄，用以傳達(dá)給其它人員，例如工程師。然后， 鉆井系統(tǒng)可被重新設(shè)計(jì)，以擴(kuò)展鑒別的限制因素，且所述過(guò)程可被重 復(fù)。因?yàn)殂@頭和非鉆頭限制因素被同樣處理，所以鉆井作業(yè)通過(guò)進(jìn)一步增強(qiáng)作業(yè)的再設(shè)計(jì)嘗試和資源而集中于一種限制因素。因此，在該 過(guò)程中，對(duì)于再設(shè)計(jì)給定井，每次可鑒別一種限制因素。
有益地，集中于有限數(shù)目的限制因素，例如一種，有助于將資 源集中于復(fù)雜的問(wèn)題。例如，在一種海水作業(yè)中的ROP可能受到巖屑 可被磨碎并再注入的速率的限制。該限制因素并非設(shè)備相關(guān)的，但需 要對(duì)指定的注入層段限制裂縫生長(zhǎng)高度。該例子對(duì)于控制鉆井作業(yè)是 典型的，因?yàn)檫@些作業(yè)涉及不確定性的極限并且任何ROP增加可涉及
風(fēng)險(xiǎn)增加的有效控制或減輕。ROP控制過(guò)程確保增加的風(fēng)險(xiǎn)得到減輕，
且這往往在非鉆頭的限制因素的再設(shè)計(jì)中是特別可靠的。而且，作為對(duì)快速鉆井過(guò)程的另一增強(qiáng)，可利用培訓(xùn)或全球通 信。例如，培訓(xùn)可被設(shè)計(jì)來(lái)確保每一人員理解工作流程、各自的作用、 以及能夠?qū)崟r(shí)鑒別并減輕限制因素。因此，對(duì)鉆機(jī)人員的培訓(xùn)可包括 在鉆機(jī)上控制的方面，同時(shí)工程師可被培訓(xùn)，以理解在系統(tǒng)中對(duì)設(shè)備 的設(shè)計(jì)改變。全球通信可包括在不同的地理位置的不同井中的數(shù)據(jù)交換，以 共享鉆井作業(yè)的共同問(wèn)題，開(kāi)發(fā)出解決方案。也就是說(shuō)，不同類(lèi)型材 料中的數(shù)據(jù)可包括相似的特性，表明許多井受到相似問(wèn)題的約束。工 作流程含意是如果在一口井中在擴(kuò)展限制因素方面取得進(jìn)展，則相同 或相似的解決方案可應(yīng)用于其它井，來(lái)除去其它限制因素。例如，"輕 微振動(dòng)"的障礙的原因可能主要在于當(dāng)?shù)貙与S著深度變得更硬而開(kāi)始 的渦旋。因?yàn)?，這在世界范圍內(nèi)對(duì)于所有的鉆頭類(lèi)型都發(fā)生，所以對(duì) 于在一個(gè)位置處的渦旋所開(kāi)發(fā)的油田經(jīng)驗(yàn)和減輕操作可能在全球范圍 內(nèi)起作用。有效共享全球背景中的知識(shí)的益處對(duì)于非鉆頭的限制因素特 別明顯。在許多情況下，鉆井人員可能在一個(gè)具體的地理區(qū)域中操作 并認(rèn)為他們的局部操作條件是唯一的。當(dāng)對(duì)限制因素的解決方案被研 究出或確定時(shí)，數(shù)據(jù)被獲得，并可與其它鉆井作業(yè)共享，以聯(lián)合全球 鉆井作業(yè)。結(jié)果， 一旦在全球鉆井作業(yè)的范圍內(nèi)有效使用，信息共享 過(guò)程提供了研究出的方案。而且，MSE數(shù)據(jù)連同其它數(shù)據(jù)的使用進(jìn)一步在其它井的計(jì)劃 期中提供幫助。具體而言，歷史MSE圖可從對(duì)比數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)得到，并加以分析，以鑒別其中鉆井作業(yè)功能失常的層段。每一作業(yè)工程師可分 析該MSE數(shù)據(jù)以及其它數(shù)據(jù)，例如井下振動(dòng)圖，以確定潛在功能失常
的特性和潛在減輕。非鉆頭性限制因素也可在其中MSE數(shù)據(jù)顯示鉆頭
有效且正發(fā)生控制鉆井的層段中鑒別出。作為例子，在鉆井的同時(shí)，MSE和其它數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)可進(jìn)行繪圖， 并在鉆機(jī)上的不同位置的顯示器上連續(xù)觀(guān)察。司鉆、定向司鉆、隨鉆 測(cè)井(LWD)工程師、氣測(cè)井員、泥漿工程師和其它人員的操作可被協(xié) 調(diào)，以最大化ROP。如果限制鉆機(jī)作業(yè)的因素被檢測(cè)到，則所述人員 可由MSE曲線(xiàn)和/或其它數(shù)據(jù)鑒別出原因，以適當(dāng)作出反應(yīng)，減輕該具 體的功能失常。限制因素被記錄并通過(guò)電子郵件或電話(huà)會(huì)議在人員中 討論。經(jīng)驗(yàn)表明，現(xiàn)場(chǎng)外工程人員有效分析MSE曲線(xiàn)、振動(dòng)或其它數(shù) 字?jǐn)?shù)據(jù)的能力是有限的。例如，如果數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)顯示W(wǎng)OB降低且同時(shí) MSE增加，則現(xiàn)場(chǎng)外工程師可能不能確定是MSE因?yàn)閃OB下降而增 加(表明渦旋已經(jīng)被引起)，還是WOB因?yàn)镸SE增加而下降(表明 工作人員嘗試減輕粘滑)。因此，鉆機(jī)現(xiàn)場(chǎng)人員有責(zé)任連續(xù)記錄ROP 限制因素。在鉆機(jī)現(xiàn)場(chǎng)人員已經(jīng)作出了操作調(diào)節(jié)來(lái)擴(kuò)展ROP限制因素之 后，剩余的限制因素的特性傳達(dá)給再設(shè)計(jì)工程。可能地，這實(shí)時(shí)發(fā)生， 且在起下鉆作業(yè)或任何合適的時(shí)候進(jìn)行設(shè)計(jì)改變。為推動(dòng)這點(diǎn)，操作 員提供實(shí)時(shí)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)(即，MSE數(shù)據(jù)、振動(dòng)數(shù)據(jù)或其它數(shù)據(jù))給工程 師。收集該數(shù)據(jù)并提供給全球信息管理中心，從那里它被發(fā)布給全體 工程人員和管理部門(mén)，用于其它井。因此，工程師以有組織的方式獲 取文件，以幫助再設(shè)計(jì)后續(xù)井或作業(yè)。該過(guò)程在許多方面不同于歷史的實(shí)踐。首先，鉆頭記錄被歷史 的MSE分析代替。第二，在每英尺的所鉆井筒的范圍內(nèi)連續(xù)評(píng)價(jià)性能， 而不是通過(guò)平均24小時(shí)的ROP或在鉆頭記錄上示出的總運(yùn)行。這被 進(jìn)行來(lái)實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)鉆井作業(yè)的性能。第三，通過(guò)鑒別具體的限制因素和 對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行業(yè)務(wù)流程再設(shè)計(jì)，而不是從對(duì)比經(jīng)驗(yàn)尋求更好性能的系統(tǒng)， ROP得以增進(jìn)。第四，歷史的MSE曲線(xiàn)允許以準(zhǔn)確和有說(shuō)服力的方式 獲取知識(shí)，以確保進(jìn)行適當(dāng)?shù)脑僭O(shè)計(jì)。最后，兩種限制因素的鑒別和提出的解決方案有助于在多口井和長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)使再設(shè)計(jì)制度化并加以維 持。盡管本發(fā)明的技術(shù)可具有各種改變和可選的形式，但是上面討 論的示例性實(shí)施方式以舉例方式示出。然而，應(yīng)當(dāng)再次理解，本發(fā)明 不意圖受限于本文公開(kāi)的具體實(shí)施方式
。實(shí)際上，本發(fā)明的技術(shù)將覆 蓋落入所附權(quán)利要求所定義的發(fā)明精神和范圍內(nèi)的所有變化、等價(jià)物 和替代物。
權(quán)利要求
1. 生產(chǎn)油氣的方法，包括(a)鑒別含有油氣的油田；(b)將至少一口井鉆至所述油田的地下位置，為油氣提供到達(dá)生產(chǎn)設(shè)施的流體流動(dòng)路程，其中如下進(jìn)行鉆井(i)估計(jì)所述至少一口井之一的鉆井速度；(ii)確定有效的鉆井方法；(iii)在所述至少一口井之一的鉆井過(guò)程中，獲得機(jī)械比能(MSE)數(shù)據(jù)和其它測(cè)量數(shù)據(jù)；(iv)使用得到的MSE數(shù)據(jù)和其它測(cè)量數(shù)據(jù)，確定限制所述鉆井速度的多個(gè)限制因素之一；(v)調(diào)整鉆井作業(yè)，以減輕所述多個(gè)限制因素之一；(vi)迭代重復(fù)步驟(i)-(v)，直至通過(guò)所述鉆井作業(yè)到達(dá)所述地下位置；和(c)從所述至少一口井之一生產(chǎn)油氣。
2. 權(quán)利要求l所述的方法，其中所述其它測(cè)量數(shù)據(jù)是振動(dòng)數(shù)據(jù)。
3. 權(quán)利要求2所述的方法，其中所述振動(dòng)數(shù)據(jù)包括下列之一軸 向振動(dòng)數(shù)據(jù)、側(cè)向振動(dòng)數(shù)據(jù)、粘滑振動(dòng)數(shù)據(jù)和它們的任何組合。
4. 權(quán)利要求2所述的方法，其包括將所述MSE數(shù)據(jù)和所述振動(dòng)數(shù) 據(jù)提供給與所述鉆井作業(yè)有關(guān)的鉆井系統(tǒng)的操作員。
5. 權(quán)利要求4所述的方法，其包括通過(guò)圖表將所述MSE數(shù)據(jù)和所 述振動(dòng)數(shù)據(jù)顯示給所述操作員，其中所述MSE數(shù)據(jù)和所述振動(dòng)數(shù)據(jù)在 所述圖表中以不同的顏色顯示。
6. 權(quán)利要求4所述的方法，其包括以三維作圖將所述MSE數(shù)據(jù)和 所述振動(dòng)數(shù)據(jù)一起顯示給所述操作員。
7. 權(quán)利要求1所述的方法，其中調(diào)節(jié)所述鉆井作業(yè)包括更換鉆井 系統(tǒng)中的鉆井部件。
8. 權(quán)利要求7所述的方法，其中所述更換鉆井部件包括下列之一 改變鉆頭、改變水力條件、擴(kuò)展鉆頭規(guī)格長(zhǎng)度以增加側(cè)向穩(wěn)定性、利 用與直式鉆具組合上的鉆頭一起旋轉(zhuǎn)的近鉆頭穩(wěn)定器而不是套管式穩(wěn) 定器、更換馬達(dá)、使鉆頭規(guī)區(qū)漸細(xì)、使鉆頭規(guī)區(qū)呈螺旋狀、利用震擊 器、改變鉆柱部件的位置、改變流體流變學(xué)或在流體中包括添加劑來(lái) 改變振動(dòng)行為或改變所述鉆柱部件的質(zhì)量或剛度、以及它們的任何組
9. 權(quán)利要求1所述的方法，包括調(diào)節(jié)鉆井參數(shù)以觀(guān)察所述MSE 數(shù)據(jù)的變化，所述變化表示所述多種限制因素的至少一種。
10. 權(quán)利要求1所述的方法，其中所述多種限制因素包括對(duì)于所述 鉆井速度的非鉆頭相關(guān)限制。
11. 權(quán)利要求1所述的方法，其中所述多種限制因素包括定向目標(biāo) 控制、井眼凈化、隨鉆測(cè)井(LWD)數(shù)據(jù)采集速度、混合器容量、組織 程序、巖屑處理和固相處理設(shè)備限制的一種或多種。
12. 權(quán)利要求1所述的方法，其中所述多個(gè)限制因素包括下列之 一巖屑從所述井筒除去的速度、巖屑通過(guò)地面設(shè)備處理的速度、隨 鉆測(cè)井工具可獲取地層數(shù)據(jù)的鉆井速度、以及具體的鉆井液有效密封 暴露的滲透地層表面的能力。
13. 生產(chǎn)油氣的方法，包括(a)將多口井鉆至至少一個(gè)地下位置，為油氣提供到達(dá)生產(chǎn)設(shè)施的流體流動(dòng)路程，其中鉆井包括(i) 估計(jì)所述多口井之一的鉆井速度；(ii) 在所述多口井之一的鉆井過(guò)程中，獲得機(jī)械比能(MSE)數(shù)據(jù)和其它測(cè)量數(shù)據(jù)；(iii) 使用得到的MSE數(shù)據(jù)和其它測(cè)量數(shù)據(jù)，確定限制所述鉆 井速度的多個(gè)限制因素之一；(iv) 調(diào)整鉆井作業(yè)，以減輕所述多個(gè)塌積限制因素之一；(v) 迭代重復(fù)步驟(i)-(v)，直至通過(guò)所述鉆井作業(yè)到達(dá)所述地下 位置；和(b)從所述多口井之一生產(chǎn)油氣。
14. 權(quán)利要求13所述的方法，其中所述其它測(cè)量數(shù)據(jù)是振動(dòng)數(shù)據(jù)。
15. 權(quán)利要求13所述的方法，其中所述振動(dòng)數(shù)據(jù)包括下列之一 軸向振動(dòng)數(shù)據(jù)、側(cè)向振動(dòng)數(shù)據(jù)、粘滑振動(dòng)數(shù)據(jù)和它們的任何組合。
16. 權(quán)利要求13所述的方法，其中調(diào)節(jié)所述鉆井作業(yè)包括更換鉆 井系統(tǒng)中的鉆井部件。
17. 權(quán)利要求13所述的方法，其包括將所述MSE數(shù)據(jù)和其它測(cè)量 數(shù)據(jù)提供給與所述鉆井作業(yè)有關(guān)的鉆井系統(tǒng)的操作員。
18. 權(quán)利要求17所述的方法，其包括通過(guò)圖表將所述MSE數(shù)據(jù)和 其它測(cè)量數(shù)據(jù)一起顯示給所述操作員，其中所述MSE數(shù)據(jù)和其它測(cè)量 數(shù)據(jù)在所述圖表中以不同的顏色顯示。
19. 權(quán)利要求17所述的方法，其包括以三維作圖將所述MSE數(shù)據(jù) 和所述其它測(cè)量數(shù)據(jù)一起顯示給所述操作員。
20. 權(quán)利要求13所述的方法，其中所述多種限制因素包括對(duì)所述 鉆井速度的非鉆頭相關(guān)限制。
21. 權(quán)利要求13所述的方法，其中所述多種限制因素包括定向目 標(biāo)控制、井眼凈化、隨鉆測(cè)井(LWD)數(shù)據(jù)采集速度、混合器容量、組 織程序、巖屑處理和固相處理設(shè)備限制的至少一種。
22. 生產(chǎn)油氣的方法，包括(a) 估計(jì)井的鉆井作業(yè)的鉆井速度，為油氣提供從地下位置到達(dá)生 產(chǎn)設(shè)施的流體流動(dòng)路程；(b) 在所述井的鉆井過(guò)程中，獲得實(shí)時(shí)的機(jī)械比能(MSE)數(shù)據(jù)和其 它測(cè)量數(shù)據(jù)；(c) 使用得到的MSE數(shù)據(jù)和其它測(cè)量數(shù)據(jù)，確定限制所述鉆井速度 的多個(gè)限制因素之一；(d) 調(diào)整鉆井作業(yè)，以減輕所述多個(gè)塌積限制因素之一；和(e) 重復(fù)步驟(a)-(d)，直至通過(guò)所述鉆井作業(yè)到達(dá)所述地下位置。
23. 權(quán)利要求22所述的方法，其中使用所述得到的MSE數(shù)據(jù)和其 它測(cè)量數(shù)據(jù)，確定所述多個(gè)限制因素之一，將所述MSE數(shù)據(jù)和所述其 它測(cè)量數(shù)據(jù)提供給與所述鉆井作業(yè)有關(guān)的鉆井系統(tǒng)的操作員。
24. 權(quán)利要求22所述的方法，其包括通過(guò)圖表將所述MSE數(shù)據(jù)和 所述其它測(cè)量數(shù)據(jù)一起顯示給所述操作員，其中所述MSE數(shù)據(jù)和所述 其它測(cè)量數(shù)據(jù)在所述圖表中以不同的顏色顯示。
25. 權(quán)利要求22所述的方法，其包括以三維作圖將所述MSE數(shù)據(jù) 和所述其它測(cè)量數(shù)據(jù)一起顯示給所述操作員。
26. 生產(chǎn)油氣的方法，包括在鉆井作業(yè)期間，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)井的機(jī)械比能(MSE)數(shù)據(jù)以及振動(dòng)數(shù)據(jù)；對(duì)于所述井，將所述MSE數(shù)據(jù)和振動(dòng)數(shù)據(jù)與以前產(chǎn)生的MSE數(shù) 據(jù)和振動(dòng)數(shù)據(jù)比較，以確定限制鉆井速度的多個(gè)因素的至少一個(gè)；和 基于所述比較，調(diào)整所述鉆井作業(yè)，以增加所述鉆井速度。
27. 權(quán)利要求26所述的方法，其包括從通過(guò)所述鉆井作業(yè)進(jìn)入的 地下儲(chǔ)層生產(chǎn)油氣。
28. 權(quán)利要求26所述的方法，其中所述振動(dòng)數(shù)據(jù)包括下列之一軸向振動(dòng)數(shù)據(jù)、側(cè)向振動(dòng)數(shù)據(jù)、粘滑振動(dòng)數(shù)據(jù)和它們的任何組合。
29. 權(quán)利要求26所述的方法，其中比較所述MSE數(shù)據(jù)和所述振動(dòng) 數(shù)據(jù)包括調(diào)節(jié)鉆井參數(shù)。
30. 權(quán)利要求29所述的方法，其中所述鉆井參數(shù)包括鉆壓設(shè)定、 每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)設(shè)定、扭矩設(shè)定和它們的任何組合。
31. 權(quán)利要求26所述的方法，其中基于所述比較調(diào)節(jié)所述鉆井作 業(yè)包括更換鉆井系統(tǒng)中的鉆井部件。
32. 權(quán)利要求31所述的方法，其中所述更換鉆井部件包括下列之 一改變鉆頭、改變水力條件、擴(kuò)展鉆頭規(guī)格長(zhǎng)度以增加側(cè)向穩(wěn)定性、 利用與直式鉆具組合上的鉆頭一起旋轉(zhuǎn)的近鉆頭穩(wěn)定器而不是套管式 穩(wěn)定器、更換馬達(dá)、以及它們的任何組合。
33. 權(quán)利要求26所述的方法，其包括調(diào)節(jié)所述鉆井參數(shù)以觀(guān)察所 述MSE數(shù)據(jù)的變化，所述變化示出所述多種因素的至少一種。
34. 權(quán)利要求26所述的方法，其包括將所述MSE數(shù)據(jù)和所述振動(dòng) 數(shù)據(jù)提供給與所述鉆井作業(yè)有關(guān)的鉆井系統(tǒng)的操作員。
35. 權(quán)利要求34所述的方法，其包括以圖表將所述MSE數(shù)據(jù)和所 述振動(dòng)數(shù)據(jù)一起顯示給所述操作員。
36. 權(quán)利要求34所述的方法，其包括以三維作圖將所述MSE數(shù)據(jù) 和所述振動(dòng)數(shù)據(jù)一起顯示給所述操作員。
37. 生產(chǎn)油氣的方法，包括(a) 與鉆井同步獲得所述井的機(jī)械比能(MSE)數(shù)據(jù)和其它測(cè)量數(shù)據(jù);(b) 分析所述MSE數(shù)據(jù)和其它測(cè)量數(shù)據(jù)，以確定限制鉆井速度的多個(gè)限制因素之一；和(c) 基于步驟(b)中的分析，調(diào)節(jié)鉆井作業(yè)，解決所述多個(gè)限制因素 之一，并增加鉆井速度；(d) 重復(fù)步驟(a)至(c)至少另外一次，直至到達(dá)所述井的目標(biāo)深度；和(e) 從通過(guò)所述鉆井作業(yè)進(jìn)入的地下儲(chǔ)層生產(chǎn)油氣。
38. 權(quán)利要求37所述的方法，其中所述其它測(cè)量數(shù)據(jù)包括振動(dòng)數(shù)據(jù)。
39. 權(quán)利要求38所述的方法，其中所述振動(dòng)數(shù)據(jù)包括下列之一 軸向振動(dòng)數(shù)據(jù)、側(cè)向振動(dòng)數(shù)據(jù)、粘滑振動(dòng)數(shù)據(jù)和它們的任何組合。
40. 權(quán)利要求37所述的方法，其中重復(fù)步驟(a)至(c)至少另外一次 包括重復(fù)步驟(a)至(c)三次或更多次。
41. 權(quán)利要求37所述的方法，其中調(diào)節(jié)所述鉆井作業(yè)包括調(diào)節(jié)鉆 井操作。
42. 權(quán)利要求37所述的方法，其中調(diào)節(jié)所述鉆井作業(yè)包括更換所 述鉆井系統(tǒng)中的鉆井部件。
43. 權(quán)利要求42所述的方法，其中所述更換鉆井部件包括下列之 一改變鉆頭、改變水力條件、擴(kuò)展鉆頭規(guī)格長(zhǎng)度以增加側(cè)向穩(wěn)定性、 利用與直式鉆具組合上的鉆頭一起旋轉(zhuǎn)的近鉆頭穩(wěn)定器而不是套管式 穩(wěn)定器、更換馬達(dá)、以及它們的任何組合。
44. 權(quán)利要求37所述的方法，其包括調(diào)節(jié)鉆井參數(shù)以觀(guān)察所述 MSE數(shù)據(jù)的變化，所述變化示出所述多種限制因素的至少一種。
45. 權(quán)利要求44所述的方法，其中所述鉆井參數(shù)包括鉆壓設(shè)定、 每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)設(shè)定、扭矩設(shè)定和它們的任何組合。
46. 權(quán)利要求37所述的方法，包括將所述MSE數(shù)據(jù)和所述其它測(cè) 量數(shù)據(jù)提供給與所述鉆井作業(yè)有關(guān)的鉆井系統(tǒng)的操作員。
47. 權(quán)利要求47所述的方法，其包括以圖表將所述MSE數(shù)據(jù)和所 述其它測(cè)量數(shù)據(jù)一起顯示給所述操作員。
48. 權(quán)利要求47所述的方法，其包括以三維作圖將所述MSE數(shù)據(jù) 和所述其它測(cè)量數(shù)據(jù)一起顯示給所述操作員。
49. 權(quán)利要求37所述的方法，其中所述多種限制因素包括對(duì)所述 鉆井速度的非鉆頭相關(guān)限制。
50. 權(quán)利要求37所述的方法，其中所述多種限制因素包括定向目 標(biāo)控制、井眼凈化、隨鉆測(cè)井(LWD)數(shù)據(jù)采集速度、混合器容量、組 織程序、巖屑處理和固相處理設(shè)備限制的至少一種。
51. 權(quán)利要求37所述的方法，其中所述多種限制因素包括下列的 一種或多種巖屑從井筒除去的速度、巖屑通過(guò)地面設(shè)備處理的速度、 隨鉆測(cè)井工具可獲取地層數(shù)據(jù)的鉆井速度、以及具體的鉆井液有效密 封暴露的滲透地層表面的能力。
52. 生產(chǎn)油氣的方法，包括 鉆第一井，同步鉆第二井；在所述第一井中的鉆井作業(yè)期間，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)機(jī)械比能(MSE)數(shù)據(jù)和 振動(dòng)數(shù)據(jù)；比較來(lái)自所述第一井的所述MSE數(shù)據(jù)和振動(dòng)數(shù)據(jù)，以確定限制所 述第一井的鉆井速度的多個(gè)因素的至少一個(gè)；和基于所述比較，調(diào)整所述第二井中的鉆井作業(yè)，以增加鉆井速度。
53. 權(quán)利要求52所述的方法，其包括從通過(guò)所述第一井的鉆井作 業(yè)進(jìn)入的地下儲(chǔ)層生產(chǎn)油氣。
54. 權(quán)利要求52所述的方法，且所述第二井被鉆至第二地層。
55. 權(quán)利要求52所述的方法， 位于不同的油田。權(quán)利要求書(shū)第8/8頁(yè) 其中所述第一并被鉆至第一地層，其中所述第一地層和所述第二地層
56. 生產(chǎn)油氣的方法，包括分析在前的井的歷史機(jī)械比能(MSE)數(shù)據(jù)和其它歷史測(cè)量數(shù)據(jù)， 以確定限制所述在前的井的鉆井速度的多個(gè)初步因素之一；選擇鉆井部件和鉆井操作，以減輕所述多個(gè)初步因素的至少一個(gè); 利用所述鉆井部件和鉆井操作，鉆當(dāng)前井；在所述當(dāng)前井的鉆井期間，對(duì)于多個(gè)限制鉆井作業(yè)的當(dāng)前因素的 至少一個(gè)，觀(guān)察實(shí)時(shí)的MSE數(shù)據(jù)和其它測(cè)量數(shù)據(jù)；利用在后續(xù)的鉆井部件和后續(xù)的鉆井操作的選擇中的觀(guān)察，減輕 后續(xù)井的多個(gè)當(dāng)前因素的至少一個(gè)；和在相似井的方案中，對(duì)于每一后續(xù)井重復(fù)上述的步驟。
57. 權(quán)利要求56所述的方法，進(jìn)一步包括在所述當(dāng)前井的鉆并期 間改變鉆井參數(shù)，以鑒別所述多個(gè)當(dāng)前因素的至少一個(gè)。
58. 權(quán)利要求56所述的方法，進(jìn)一步包括以鑒別持續(xù)限制所述鉆 井速度的所述多個(gè)當(dāng)前因素的至少一個(gè)的方式，記錄MSE數(shù)據(jù)和其它 測(cè)量數(shù)據(jù)。
全文摘要
本發(fā)明的發(fā)明名稱(chēng)是鉆井和從地下巖層生產(chǎn)油氣的方法。與油氣生產(chǎn)有關(guān)的方法。在一個(gè)實(shí)施方式中，描述了鉆井的方法。所述方法包括鑒別含有油氣的油田。然后，一口或多口井被鉆至所述油田的地下位置，為油氣提供到達(dá)生產(chǎn)設(shè)施的流體流動(dòng)路程。如下進(jìn)行鉆井(i)估計(jì)所述井之一的鉆井速度；(ii)確定估計(jì)的鉆井速度和真實(shí)的鉆井速度之間的差異；(iii)在所述井之一的鉆井過(guò)程中，獲得機(jī)械比能(MSE)數(shù)據(jù)和其它測(cè)量數(shù)據(jù)；(iv)使用得到的MSE數(shù)據(jù)和其它測(cè)量數(shù)據(jù)，確定限制所述鉆井速度的多個(gè)限制因素之一；(v)調(diào)整鉆井作業(yè)，以減輕所述多個(gè)限制因素之一；和(vi)迭代重復(fù)步驟(i)-(v)，直至通過(guò)所述鉆井作業(yè)到達(dá)所述地下巖層。
文檔編號(hào)E21B47/00GK101305159SQ200680041608
公開(kāi)日2008年11月12日 申請(qǐng)日期2006年10月5日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月18日
發(fā)明者F·迪里斯特 申請(qǐng)人:?？松梨谏嫌窝芯抗?br>