практика. Информационные пакеты бурового супервайзинга Инженерный пакет Drilling Office (do)
 Скачать 1.08 Mb.
|
|
Информационные пакеты бурового супервайзинга Инженерный пакет «Drilling Office» (do) 1.1 Состав и предназначение пакета Пакет Drilling Office позволяет сформировать непротиворечивые варианты технико-технологической части проекта на будущую или уже строящуюся скважину в соответствии с концептуальным техническим обликом объекта проектирования, определенным при помощи программы Osprey Risk. Пакет включает в себя несколько специализированных модулей, интегрированных друг с другом посредством общей базы данных SISGeoFrame. Применительно к структуре проектирования, принятой в отечественной практике бурения, пакет DO реализует следующие расчеты: - оптимизацию траекторий стволов и положений устьев скважин; - обоснование и расчет конструкции скважины; - компоновку бурильной колонны и оценку ее прочности, а также обоснование типа и расчет параметров КНБК для различных интервалов бурения; - разработку реолого-гидравлической программы бурения; - разработку программы цементирования скважины. С точки зрения авторов пакета, указанные задачи разбиты по следующим функциональным группам: - базовые задачи планирования (Basic Planning), к которым причисляются сбор общей информации о скважине (модуль Data Browser), интерпретация результатов ГТИ (модуль Survey Editor), разработка КНБК (модуль BHAEditor); - задачи, связанные с траекториями скважин (WellPlacement), включая расчет профилей (модуль Well Design), анализ сближения стволов (модуль Close Approach), графическую визуализацию траекторий скважин и плана куста (модуль DrillViz); - задачи, относящиеся к технологии бурения (Drillability), включая оптимизацию промывки скважины (модуль Hydraulics) и режима работы бурильной колонны (модуль DrillSAFE); - задачи расчета обсадных колонн и обоснования конструкции скважины(WellConstruction), решение которых обеспечивает модульTDAS; - задачи цементирования скважин, решаемые программой CemCADE. Все продукты глобальной системы проектирования и сопровождения строительства скважин SIS(Schlumberger Information Solutions), в том числе инженерный пакетDO, работают на основе данных, предоставляемых базой данных GeoFrame. В базе данных GeoFrame хранится информация о геологическом разрезе месторождения, свойствах горных пород и строении земной коры, модель разработки месторождения, результаты интерпретации ГИС, различные отчеты по бурению скважин, что позволяет осуществлять на ее основе интегрированную работу разных групп специалистов над одним проектом. Ввиду большого объема информации, работа с данными, хранящимися в GeoFrame, ведется посредством различных СУБД, наиболее крупной из которых являетс яFinder– система управления данными добывающего предприятия. Системой меньшего масштаба, предназначенной для супервайзинга бурения, является OspreyReports– средство захвата актуальных данных бурения и представления его ключевых показателей. Если имеется необходимость в детальном анализе скважинных данных во взаимосвязи с соседними или ранее пробуренными скважинами, используется система анализа качества бурения –DrillDB. Все приложения инженерного пакета DO работают с данными конкретной скважины, что обеспечивается структурой GeoFrame, содержащей такие разделы как месторождение, куст, скважина, забой, цель бурения. Создание и редактирование перечисленных разделов для использования в DO обеспечивается модулем DataBrowser, являющимся частью этого инженерного пакета. Данный модуль позволяет выбирать систему координат, используемую для представления скважин конкретного месторождения, а также актуальный план забоя. 1.2 Модуль – WellDesign Назначение модуля – проектирование траекторий скважин и боковых стволов. Траектории проектируются автоматически с использованием инструмента ATD (AutomaticTrajectoryDesign), окно которого показано на рисунке 1.1.  До начала расчетов с применением ATD должны быть заданы: 1)начальная точка построения траектории (StartPoint); 2) длина участка стабилизации параметров кривизны (Kick-OffDeltaMD), начинающегося с начальной точки; 3) цели бурения (ControlPoints); 4) максимальная интенсивность искривления по зенитному углу (DefaultDLS). Целей бурения может быть задано несколько – траектория будет строиться так, чтобы проходить через все из них при минимальной искривленности ствола. После выполнения расчетов, запускаемых кнопкой (рис.1.1), полученная траектория отображается в главном окне модуля в табличном виде, как показано на рисунке 1.2.  Строки таблицы результатов расчета соответствуют контрольным точкам траектории, обозначения которых выводятся в столбце «Comment». Для каждой из контрольных точек рассчитываются следующие параметры: глубина по инструменту (MD), зенитный угол (INCL), азимут (Azim), глубина по вертикали (TVD), истинный отход от устья (VSEC), составляющая истинного отхода в направлении на север (NS), составляющая истинного отхода в направлении на восток (EW), допустимая интенсивность искривления по зенитному углу (DLS), угол относительного разворота по азимуту (TF), фактическая интенсивность искривления по зенитному углу (BR), фактическая интенсивность искривления по азимуту (TR), приращение ствольной глубины на участке (MD). При этом все контрольные точки и действующие ограничения выделяются специальными маркерами, что облегчает анализ данных. Здесь же имеется возможность задания технических средств инклинометрических измерений, обозначения которых появляются в столбце «SurveyTool» таблицы параметров профиля. Кроме того, результаты расчетов траектории скважины выводятся в виде стандартных графиков профиля и плана скважины, показанных на рисунке 1.3.  Анализируя графики, легко оценить качество полученной траектории – попадание в цели, минимальность длины интервала работы отклонителем, минимальное искривление ствола в интервале установки насосного оборудования. Например, из графика плана скважины на рисунке 1.3 видно, что для прохождения скважины через обе цели, ствол скважины от первого до второго участка набора угла программа развернула по азимуту на север, сохранив плоскую траекторию на этом участке и обеспечив прямолинейность горизонтального участка. При этом интервал работы отклонителем минимален, а набор угла и разворот запланированы при выходе из под башмака эксплуатационной колонны, когда эффективность искривления максимальна. Данный метод проектирования траектории скважины называется «Minimumcurvature» – метод минимальной кривизны. В качестве основных критериев оптимизации траектории модуль позволяет задавать и другие параметры, например, длину ствола. При необходимости можно использовать предоставляемые модулем возможности проектирования стандартных траекторий, перечень которых включает плоские и пространственные J- иS- образные профиля. Наиболее информативным является окно профиля, показаноe на рисунке 1.4, в котором наглядно представляется схематизация скважины в виде обозначения имеющихся в ней контрольных точек. Обозначения контрольных точек на профиле совпадают с их обозначениями, используемыми в таблице результатов расчета траектории скважины (рис.1.2). Большая часть контрольных точек обусловлена конструкцией скважины и создается автоматически при пересчете вертикальных глубин башмаков обсадных колонн на ствол. Естественно, что для этого задача обоснования конструкции скважины должна быть предварительно решена. Аналогично создаются контрольные точки, связанные с другими характеристиками скважины, например, реперным пластом, интервалом установки насосного оборудования или интервалами осложнений.  Для удобства пользователя модуль включает полезные утилиты калькулятор магнитного склонения, модели ошибок инклинометров, включая Models-Wolff & de Wardt и ISCWSA. Результаты перепроектирования траектории, посредством общей базы данных, автоматически отражаются в других модулях комплекса. Область прочности труб определяется модулем тремя различными способами. Первый, принятый также в отечественной практике – это покомпонентное рассмотрение параметров нагружения труб. При этом способе выделяются три основных показателя, характеризующих напряженное состояние труб колонны: 1) осевые усилия; 2) наружное избыточное или сминающее давление; 3) внутреннее избыточное или разрывающее давление. В отечественной практике принято рассматривать только растягивающие осевые усилия, наряду с избыточными давлениями, тогда как по стандарту Американского института нефти регламентируются также сжимающие осевые усилия. При совместном действии наружного избыточного давления и растягивающих усилий предельное сминающее давление уменьшается, что иллюстрируется кривой, расположенной в нижнем правом углу области “APIOperating”. Проверка прочности труб при этом способе выполняется путем расчета фактических коэффициентов запаса прочности по сминающему и разрывающему давлениям, а также страгивающей нагрузке, а затем их сравнения с соответствующими нормативными коэффициентами запаса прочности. Таким образом, по отечественному стандарту определяется три коэффициента запаса прочности, а по стандартуAPI– четыре. Если использовать не коэффициенты запаса, а допустимые избыточные давления и осевые усилия, нанесенные на график, то приходим к характерной области допустимых нагрузок по форме близкой к прямоугольной, которая называется “APILoadCapacity” и показана на рисунке 1.12. Если кривые фактических нагрузок, полученные для рассматриваемых расчетных схем, не пересекают границы области допустимых нагрузок, прочность колонны обеспечена. Инженерный пакет «wellplan» 2.1 Состав и предназначение пакета Пакет WellPlan предназначен для составления технико-технологической части проекта бурения скважины на основе детального моделирования работы внутрискважинного оборудования, оптимизации процессов первичного вскрытия, глушения, промывки и цементирования, в том числе с привлечением результатов отработки технологий на соседних скважинах. В пакет входят следующие функциональные модули: - BHADrillahead, предназначенный для моделирования работы и выбора компоновок низа бурильной колонны с целью реализации проектной траектории ствола скважины; - Cementing-OptiCem, предназначенный для разработки программы цементирования скважины на основе комплексной оптимизации процессов взаимного замещения технологических жидкостей; - CriticalSpeedAnalysis, предназначенный для оптимизации режимных параметров бурения скважин роторным способом на основе моделирования поведения низа бурильной колонны под действием вращения, определения критической скорости вращения бурильной колонны, определения точек максимальной концентрации напряжений; - Hydraulics, предназначенный для оптимизации промывки скважины на основе анализа гидравлических характеристик элементов циркуляционной системы, расчета забойного двигателя, анализа гидромониторного эффекта и транспорта шлама; - Surge, предназначенный для предупреждения аварийных ситуаций, вызванных скачками давления в скважине за счет эффектов поршневания и свабирования, путем обоснования режимов движения инструмента в скважине и свойств технологических жидкостей; - Torque/Drag, предназначенный для проектирования бурильных и обсадных колонн, оптимизации траектории скважины, обоснования выбора буровой установки на основе расчета усилий на крюке и крутящих моментов на роторе; - StuckPipe, предназначенный для определения точки прихвата труб в скважине и расчета технологических режимов их освобождения на основе анализа напряженного состояния; - WellControl– моделирует процессы, сопряженные с проявлением пластовых флюидов, позволяя получить программы глушения скважины методами «бурильщика» и «инженера», определить глубины спуска обсадных колонн, исходя из недопущения гидроразрыва пород с учетом возможностей бурового оборудования. Интеграцию пакета обеспечивает база данных OpenWells™ – комплексная система операционной отчетности, передачи информации, анализа и управления данными, интегрированная в среду Engineer’s Desktop™. Приложение OpenWells используется для сбора и учета информации о выполнении скважинных операций для компаний-операторов или сервисных компаний, которые могут использовать эту информацию для анализа эксплуатационных данных или анализировать ее с использованием инженерных приложений Landmark в единой базе данных Engineer’s Data Model™ (EDM). Приложение OpenWells использует общую с приложениями CasingSeat™, StressCheck™, COMPASS™ и WELLPLAN™ базу данных. Приложение OpenWells предоставляет доступ к данным по бурению, заканчиванию и обслуживанию скважин поддерживает различные системы единиц. Занимается ли пользователь разведкой, разработкой или управлением активами, он может быстро получить исчерпывающие сведения обо всех проведенных работах по любой скважине при помощи программы OpenWells. 2.2 Модуль BHADrillahead Модуль обеспечивает получение реалистичного прогноза работы КНБК в скважине на основе расчета положений точек контакта компоновки со стенками скважины, действующих в этих точках прижимающих усилий, деформаций элементов компоновки в процессе работы, смещения и поворота оси долота относительно оси скважины. Прогноз работы КНБК подразумевает определение интенсивностей искривления ствола скважины по азимутальному и зенитному углам в зависимости от режимных параметров, физико-механических свойств разбуриваемых пород, конструкционных особенностей долот. Достоверность прогноза обеспечивается такими продвинутыми возможностями расчета как оценка износа калибраторов и центраторов в процессе их работы, а также учет уширения ствола скважины при взаимодействии с элементами компоновки. Результаты базового анализа работы КНБК показаны на рисунке 3.1.  Как следует из рисунка параметрами режима бурения, исходя из которых программа выполняет расчет, являются: момент на долоте (TorqueatBit), нагрузка на долото (WeightonBit), частота вращения долота (RotarySpeed), механическая скорость бурения (RateofPenetration). Здесь же в области “Parameters” можно указать будут ли учитываться в расчете флаттерные колебания оси долота, для чего необходимо установить галочку напротив параметра {Dynamics}. Конструктивные особенности долота учитываются коэффициентом калибрующей способности (BitCoefficient), а свойства разбуриваемых пород – параметром твердости (FormationHardness). Расчет выполняется для предполагаемого интервала бурения, длина которого указыватся параметром {DrillInterval}, а величина уширения ствола, действующая на данном участке, задается параметром {OverGauge}. Результаты расчета отображаются в правой части рабочего окна, обозначенной как “QuickLook-ResultsattheBit”, и разделены на три группы: 1)Inclination– наклон относительно вертикали; 2)Direction– направление относительно магнитного меридиана; 3)Rates– интенсивность искривления. Первые две группы включают параметры, описывающие перекос (Tilt) и положение осей скважины (Welbore) и долота (String), а также отклоняющее усилие на долоте (Force) в соответствующем направлении. Третья группа включает интенсивности искривления по зенитному (BuildRate) и азимутальному (WalkRate) углам. 2.3 МодульTorque/Drag Модуль позволяет спроектировать бурильную колонну с учетом ее взаимодействия со стенками скважины и возможного повреждения обсадных колонн в результате этого взаимодействия в процессах бурения и СПО. Результаты расчета данного модуля, а именно, максимальный момент на роторе и наибольший вес на крюке используются для выбора буровой установки. Модуль также полезен для оценки применимости промывочных жидкостей и необходимости их обработки смазочными добавками. Достоинством модуля является его способность к расчету колонн за пределом устойчивости с использованием реалистичных схем пространственной деформации, соответствующих синусоидальному и хеликоидальному баклингу, на основе которых вычисляются изгибающие моменты, и строится кривая усталости труб. Расчеты проводятся для следующих технологических операций: - бурение ротором; - бурение забойным двигателем; - спуск; - подьем; - приподнятие долота над забоем и посадка его на забой. Помимо этого модуль может эффективно применяться для прочностного расчета обсадных колонн и хвостовиков на этапе их установки, и особенно, для оценки возможности их спуска в скважину. Для каждой операции рассчитываются следующие параметры: - распределение осевых усилий по длине колонны; - распределение крутящего момента по длине колонны; - распределение эквивалентного напряжения по длине колонны; - положение нейтрального сечения; - критическая нагрузка, соответствующая потере устойчивости труб и положение участков баклинга в скважине; - распределение прижимающих усилий и сил трения по длине колонны. Критическое сжимающее усилие определяется по уравнениям Лубинского и Paslay-Bogy. Эквивалентные напряжения рассчитываются поVon-Misesи сравниваются с пределом текучести поAPIRP7G. Модуль успешно работает с пространственными профилями скважин и может с успехом использоваться для их оптимизации с целью сокращения фрикционных сопротивлений движению колонн в скважине и продления ресурса работы труб. Показанные формы отчетов не следует воспринимать как данность. На самом деле – это шаблоны содержания, используемые OpenWellsпо умолчанию, что не исключает возможности их модификации или разработки других форм. Наоборот, данные возможности специально поддерживаются системой, для чего в нее встроен инструментLayoutManager, обеспечивающий настройку форм ввода данных с учетом требований различных групп специалистов. Разрабатываемые при помощи этого инструмента формы эффективнее обычных электронных таблиц, благодаря возможностям переноса отчетов и использования цветовых маркеров. Поскольку данные из всех форм поступают в единую базу данныхEDM, поиск конкретной информации, содержащейся в отчетах, существенно упрощается, так как, по сути, анализируются не сами формы, являющиеся лишь красивой оболочкой для данных, а сами данные, упорядоченные базой данных. Для этого эффективно используются фильтры и запросы, входящие в число стандартных инструментов WellExplorer. Использование базы данных также позволяет обновлять или вводить содержимое отчетов на основе импорта из других приложений, текстовых файлов или электронных таблиц, в том числе в форматах других СУБД. При этом изменение содержимого никак не зависит от конкретной формы отчета, достаточно того, чтобы в базе данные EDMимелись параметры, соответствующие импортируемым. Проверка необходимых соответствий и, при необходимости, трансформация размерности параметров осуществляется за счет библиотекиDEX, содержащей набор основных конвертеров и мастеров импорта/экспорта данныхOpenWells. Функции формирования печатной отчетности выполняет в OpenWellsсредствоCrystalReports, позволяющее пользователю создавать полностью настраиваемые печатные версии документов на основе данных, имеющихся вEDM. Эти документы можно сохранить в форматеCrystalReports–rpt, или сделать это в формате стандартных приложений –pdf,doc,xls,rtf. |