一種自動檢測應用程序幫助北海一個成熟油田的作業者在鉆多分支井時早期識別細脈，這些井穿過含有分散在低無側限抗壓強度砂巖地層中的硬方解石細脈的儲層段。該應用程序指導鉆井決策，最大限度地減少不可見的損失時間，并縮短到達目標深度的時間。水平鉆井經過幾十年 的 發 展， 已 成為成熟產油區一種值得信賴的建井技術。然而，在復雜的鉆井地質環境中仍存在許多挑戰。當鉆頭在砂巖等較軟地層中遇到硬夾層時，就會出現一個具有挑戰性的鉆井場景。在從地層移動到長柱的過程中，巖石力學的突然變化通常會導致鉆頭偏轉和井眼軌跡的偏移 ( 稱為狗腿 )。狗腿導致的快速定向變化會使鉆井組合偏離計劃路徑，有時甚至會偏離目標儲層，從而降低鉆井效率。狗腿產生的靜載荷會損壞底部鉆具組合 (BHA)，導致鉆頭過早磨損，縮短鉆頭使用壽命，提高維護成本，并增加下鉆次數。彎曲的軌跡也增加了套管或完井管柱卡鉆的風險，這可能會妨礙完井到計劃目標深度。

北海某成熟油田的作業者在鉆多分支井時遇到了這樣的挑戰，該井在含硬方解石的儲層段中進行鉆井作業，這些儲層中含有較低無側限抗壓強度的砂層。該公司的目標是通過提高這些段的總鉆速 (ROP) 來降低舉升成本。但是，每個斜井段的狗腿通常需要回拉，進行成本高、耗時長的擴眼作業，以平順井眼軌跡，并允許鉆井繼續至井深。平均而言，每鉆 3300 英尺 (1000 米 )，作業公司在擴眼過程中積累了 2.7小時的無形損失時間 (ILT)，并顯著降低了總機械鉆速 (rop)，這兩項措施都使作業公司每口井的舉升成本高于計劃。與作業公司合作，貝克休斯開發了一種自動長管柱檢測服務，該服務可以比以前更早地識別出長管柱，以減少局部狗腿，減少擴眼時間，并有效地按照計劃交付井眼。開發預警 Stringer檢測服務通 過 操 作 員 的 輸 入， 服 務提供商開發了一種自動化服務，該服務提供可靠、一致和早期的Stringer 檢測，以指導快速的糾正措施。該服務包括在先進的隨 鉆測量 (MWD) 傳感器短節中嵌 入一個自動縱柱探測模塊。該短 節包含多個動態傳感器，可收集 一系列振動和載荷測量數據。

檢 測模塊使用基于物理的算法，結 合了兩種隨鉆測量數據——切向 加速度和鉆頭處的動態扭矩—— 來計算底部鉆具組合中的高頻扭 轉振蕩 (HFTO) 值。 HFTOs 是一種頻率在 50hz 到 450hz 之間的扭轉振動，這種 振動只在堅硬地層中鉆頭與巖石 相互作用時發生。在軟地層向硬 地層過渡過程中，HFTO 響應的 顯著變化使其成為鉆井過程中實 時探測夾層的領先指標。 傳統上用于鉆壓檢測的其他 指標，包括鉆壓 (WOB) 和井下 彎矩，都受到井眼軌跡和地面鉆 井參數變化的影響。因此，這些 參數在地層和長管柱之間的數據 分布經常存在重疊 ( 圖 1)。影響 HFTO 的主要參數切向加速度和 動態扭矩不受這些變化的影響。從 圖 1 中可以看出，切向加速度分布 在軟硬地層之間有明顯的區分。 該 算 法 自 動 計 算 HFTO 振 幅，并與 HFTO 振幅最大閾值進 行比較。

如果計算出的振幅超過 這個閾值，檢測服務就會在比特 處識別出一個字符串。該服務自動將 HFTO 振幅聚合為 1 位 ( 字 符串 / 無字符串 )，通過低帶寬泥 漿脈沖遙測傳輸到地面。這些 1 位數據以最佳的時間間隔發送到 地面，在那里，它們與其他測量 數據一起聚合到鉆井平臺上的專 有自動化鉆井優化系統中，以便 進行進一步的解釋和決策。司鉆 幾乎瞬間就能看到這些相同的串 擾檢測值。 自動化服務更快的檢測響應 是設計與傳統檢測方法的主要區 別。例如，如果僅僅通過地面參 數或彎矩來檢測縱梁，則需要幾 分鐘的時間才能將響應記錄到傳 感器短節中，然后必須將信號發 送到地面并進行分析，然后將通 知發送給鉆井人員，這將增加更 多的時間 ( 圖 2)。在此期間， 輕 微的偏斜可能會變成更嚴重的狗 腿，需要進行擴眼操作。 自動 stringer 檢測服務的響 應時間遠遠早于傳統診斷信號， 并發送一個簡單的、單一的信號 指示字符串。

然后，司鉆向鉆機 控制系統發送命令，以更改鉆壓和每分鐘轉數 (RPM) 等參數。這 些變化使得鉆通長管柱的效率更 高，同時避免過量的局部狗腿增 加 ILT 并限制總鉆速。 早期檢測 Stringer 避免數小時的擴眼 ILT 作 業 公 司 在 9 個 8-1/2-in 的鉆井中部署了新型的 stringer 自動檢測服務。并將結果與之前 使用常規鉆柱檢測方法鉆取的水 平段進行了比較 ( 圖 3)。 在第一次未使用該工具的鄰 井水平段鉆井中，每 1000 米的 水 平 段 擴 眼 ILT 為 5.14 小 時。 為了提高鉆井團隊對斜井的意識， 作業公司對作業流程進行了一些 調整，這有助于將擴眼時間降低 到平均 2.7 小時 /1000 米。最終， 僅靠工藝改進無法獲得進一步的 性能提升，后續水平段的 ILT 值 趨于穩定。 在第一次水平井作業中，自 動化服務提供了可靠的長縫檢測， 使鉆井團隊能夠根據預定的鉆壓 和轉速快速實施長縫鉆井計劃。 早期的串擾檢測和糾正措施減少 了狗腿，ILT 顯著下降到 1.06 小 時 /1000 米。 使用該自動化服務的其他水 平段在 15~ 25 秒內就實現了連 續的串擾檢測，僅為傳統指示器 所需時間的一小部分。使用新服 務的平均擴眼 ILT 下降到 50 分 鐘 /1000 米，與傳統檢測方法相 比減少了 63%。

這意味著使用該 服務的多分支鉆井平均節省了半 天的時間。 為了進一步驗證自動化服務 最小化 ILT 的能力，在沒有該服 務的情況下，又鉆了 3 個分支井。 這些分支段的 ILT 和擴眼時間顯 著提高，這進一步證明了自動化 服務能夠持續提高鉆井效率。 圖 3 還顯示了使用自動化服 務鉆井的水平段平均長度的增加。 雖然 stringer 自動檢測服務并不 是延長水平段的唯一因素，但早 期的 stringer 檢測可能有助于延 長 BHA 和鉆頭的使用壽命。通 過檢查使用和不使用該服務鉆進 的井段之間的平均水平段長度， 可 以 證 明 這 一 點。 前 9 段 未 使 用自動化服務的平均水平段長度 為 15138 英 尺 (4614 米 )， 但 在 使用自動長柱探測的 9 段，平均 水平段長度增加到 21,129 英尺 (6440 米 )。 向全自動控制邁進 現場試驗表明，自動串擾檢 測服務始終能夠提供即將出現的 串擾的早期預警，并最大限度地 減少了增加 ILT 的昂貴擴眼操作。 這一初步的成功正在推動進一步 的發展，有望實現更快的響應， 提高 ROP 和更低的 ILT。 該服務提供商目前正在開 發和測試將鉆桿檢測服務與鉆 井承包商的鉆井自動控制系統 (ADCS) 完全集成的流程。該技 術的發展將使該服務從自動化監 測和報警系統轉變為指導司鉆作 業的真正咨詢服務。該服務將自 動決定 RPM、流量、WOB 或其 他參數的變化，以最大化長管柱 鉆井效率，而不是簡單地在鉆遇 長管柱時通知司鉆。

然后，它將 通過直觀的用戶界面自動向鉆井 團隊提供這些建議的更改。 在不久的將來，stringer 自 動檢測服務將完全控制鉆井作業。 目前正在進行的測試是基于該服 務的檢測能力，即通過自動計算 最優參數變化集，然后將該信息 直接傳輸給 adc，以調整地面鉆 井參數，優化通過長管柱的鉆井。 司鉆仍將監督整個過程，并根據 需要檢查數據，但更改將通過完 全優化的閉環鉆柱服務自動完成， 以最大限度地提高作業效率，同 時最小化任何潛在的延遲。