在利用這些滑動的KPI指標(biāo)進(jìn)行井與井之間的對比時，重要的是要知道這可能會帶來數(shù)據(jù)變異的操作特性。例如，為了適應(yīng)平臺鉆井，垂直井段常被鉆成切線或斜線井眼，因為鉆一口大斜度的切線井眼需要更多的滑動鉆進(jìn)，KPI指標(biāo)可能會受到影響，而且，數(shù)據(jù)分析必須考慮這一因素，以便在井與井之間進(jìn)行精確的比較。同樣，在執(zhí)行滑動井段范圍內(nèi)的深度可能會顯著改變KPI指標(biāo)，例如，在接近目標(biāo)井深一個較淺的深度，當(dāng)所進(jìn)行的大部分滑動處于水平段時，所有的滑動速度指標(biāo)都要快很多。
測量驅(qū)動開發(fā)
以細(xì)膩詳盡的方式計算和跟蹤KPI指標(biāo)的好處從現(xiàn)場績效優(yōu)化延伸至產(chǎn)品的開發(fā)決策。由于資源的限制常常會促使新特性開發(fā)優(yōu)先順序的誕生，因此，擁有一個允許量化影響新特性的數(shù)據(jù)集是非常有價值的。例如，這些KPI指標(biāo)可被用來在減少廢進(jìn)尺的新邏輯與加速對準(zhǔn)工具面的操作步驟的新邏輯之間制定一個開發(fā)決策。廢進(jìn)尺的減少可以做到更精準(zhǔn)的滑動，而一個改進(jìn)的對準(zhǔn)工具面的操作步驟可使滑動作業(yè)加快。通過系統(tǒng)地計算和跟蹤這些KPI指標(biāo)，開發(fā)團(tuán)隊可以選擇性地針對現(xiàn)場的滑動表現(xiàn)，優(yōu)先處理更重要的事項。
一個正在開發(fā)的區(qū)塊利用精細(xì)滑動鉆進(jìn)的KPI指標(biāo)來自動控制多個鉆井參數(shù)的設(shè)定點，如鉆壓、壓差和ROP。如前所述，目前的方法仍保留了司鉆或定向司鉆、自動滑動系統(tǒng)對人工滑動的參數(shù)變化的響應(yīng)和自動送鉆參數(shù)各自的所有權(quán)。為了提高滑動速度和滑動精度，分析滑動鉆進(jìn)的KPI對于開發(fā)一個自動操作設(shè)定點控制的滑動系統(tǒng)至關(guān)重要。
現(xiàn)場應(yīng)用效果
過去的12個月里，自動滑動技術(shù)在美國幾個陸上非傳統(tǒng)油氣盆地的多部鉆機(jī)上進(jìn)行了試用，為了提高滑動導(dǎo)向控制的一致性和可靠性，在這段時間里，該技術(shù)在不斷地取得進(jìn)展。
效果總結(jié)
根據(jù)前面討論的KPI指標(biāo)，對美國陸上盆地44口井滑動精度與滑動速度的鉆進(jìn)表現(xiàn)進(jìn)行了評價。2018年，4部地理位置接近的鉆機(jī)在幾個月的時間里對這些井實施了鉆井施工。23口井至少在一個鉆進(jìn)井段使用了本文所述的自動滑動方法，其中的21口井按慣例進(jìn)行了鉆井作業(yè)，其數(shù)據(jù)集包括了超過21000ft所有垂直段、造斜段／曲線段和水平段的自動滑動鉆進(jìn)作業(yè)，如圖3自動滑動控制的進(jìn)尺劃分。
圖3
23口采用自動滑動控制的井進(jìn)行了垂直段和水平段的滑動鉆進(jìn)，現(xiàn)場由司鉆進(jìn)行管控和執(zhí)行，遠(yuǎn)程由定向司鉆監(jiān)管滑動指令和執(zhí)行。在需要人工干預(yù)時，由一名現(xiàn)場監(jiān)管的定向司鉆利用自動系統(tǒng)進(jìn)行造斜段／曲線段鉆進(jìn)。作業(yè)績效按垂直段、造斜段／曲線段和水平段進(jìn)行評價。
垂直段的滑動表現(xiàn)
根據(jù)先前討論的KPIs，滑動自動控制系統(tǒng)在垂直井段打出的滑動速度與滑動精度兩項指標(biāo)與鄰井人工操控的表現(xiàn)基本一致。對44個垂直段的數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析與評價，其中23個自動控制的垂直段和21個人工控制的垂直段。在現(xiàn)場沒有定向司鉆的情況下進(jìn)行了垂直段鉆進(jìn)的自動控制，重要發(fā)現(xiàn)如下：
Ÿ 自動滑動控制的井平均滑動速度為34.2ft/hr.，而人工滑動控制的井平均為29.8ft/hr.；
Ÿ 自動滑動控制的井平均在底滑動的ROP為58.4ft/hr.，而人工滑動控制的井平均為52.2ft/hr.，自動滑動控制的ROP高于人工滑動控制12%。見圖4垂直段滑動速度的KPI指標(biāo)；
Ÿ 自動滑動控制的井預(yù)滑動時長平均為4.9min，工具面設(shè)定時長平均為1.7min；而相對于人工滑動控制的井上述指標(biāo)分別為5.0min和2.4min，表明自動滑動控制鉆頭離底的時長略有縮短。見圖4；
Ÿ 當(dāng)以滑動評分和工具面分布來評判時，自動與人工滑動控制的井之間，滑動精度在功能上是一致的。見圖5垂直段滑動精度的KPI指標(biāo)。
圖4
圖5
相比人工滑動控制，自動滑動控制的井在底ROP和滑動速度的KPI指標(biāo)要略高一些；離底的KPI指標(biāo)（預(yù)滑動時長）自動與人工滑動控制的井大致是相同的（人工5.0min，自動4.9min），表明自動滑動速度較快主要是由于在底鉆進(jìn)速度的加快所致。如前所述，本文介紹的自動化方法保持了司鉆操控在底滑動鉆進(jìn)的績效表現(xiàn)。
每次滑動測量的RtR/StR數(shù)據(jù)可用來計算自動滑動與人工滑動控制的井之間平均滑動鉆進(jìn)時長的差異。用垂直井段執(zhí)行的平均滑動次數(shù)乘以每次滑動的RtR/StR可得出平均總的滑動時長。自動滑動執(zhí)行的速度略快于人工滑動，這也是節(jié)省約1.3hr.的原因，見表2。
表2：每次滑動的RtR與總的滑動時長
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自動 |
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人工 |
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每次滑動的RtR/StR（hrs） |
0.32 |
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0.37 |
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平均滑動次數(shù) |
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26 |
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總的滑動時長（hrs） |
8.3 |
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9.6 |
這些結(jié)果清楚地表明，倘若一個自動滑動系統(tǒng)能夠達(dá)到或超越一名經(jīng)驗豐富的定向司鉆所能操控的滑動速度和滑動精度，那么使用這樣的系統(tǒng)是可行或可能的。在底ROP的提高表明，滑動鉆進(jìn)速度可由司鉆來操控，而現(xiàn)場不需要定向司鉆在場。此外，隨著自動滑動系統(tǒng)的引入，精細(xì)的KPI計算與跟蹤可為石油公司和服務(wù)商提供可用來確定后續(xù)井具體行動的數(shù)據(jù)，以提高鉆井作業(yè)的速度和操控的一致性。
造斜段／曲線段的滑動表現(xiàn)
與垂直段一樣，造斜段自動滑動的速度與精度大致與鄰井人工滑動控制的井基本一致，對43個造斜段的數(shù)據(jù)進(jìn)行了評價：其中12個自動滑動控制的造斜段，31個人工滑動控制的造斜段。與垂直段和水平段不同的是，由于作業(yè)處于關(guān)鍵節(jié)點，現(xiàn)場有一名定向司鉆在場，實施自動滑動控制造斜段鉆進(jìn)。由于井底鉆具（BHA）和其它操作的考慮，自動滑動控制造斜段鉆進(jìn)的進(jìn)尺較少，因此，得到的數(shù)據(jù)也較少。
請注意，由于鉆井工況的變化，例如頻繁地進(jìn)行測量（測斜），測量會使作業(yè)中斷，而且會給精確計算績效指標(biāo)帶來困難，因此，造斜段鉆進(jìn)期間，無法對RtR/StR時長和滑動速度進(jìn)行計算。此外，由于造斜段較短以及更注重滑動質(zhì)量，以獲得期望的造斜率，因此，造斜段數(shù)據(jù)的分析會側(cè)重于滑動精度的KPI指標(biāo)，而不包括RtR/StR的KPI指標(biāo)。重要發(fā)現(xiàn)如下：
Ÿ 自動滑動控制的井平均在底滑動的ROP為90.1ft/hr.，人工滑動控制的井為103.6ft/hr.，自動比人工滑動控制的ROP低13%，見圖6造斜段滑動速度的KPI指標(biāo)；
Ÿ 自動滑動控制的井平均預(yù)滑動時長為9.8min，工具面設(shè)定時長為2.2min；人工滑動控制的井相應(yīng)的數(shù)據(jù)分別是12.7min和4.3min；這表明自動滑動控制系統(tǒng)通過過程優(yōu)化能夠有效縮短離底時長，見圖6；
Ÿ 在衡量滑動評分和工具面分布時，自動與人工滑動控制所打的井滑動精度在功能上是相同的，見圖7造斜段滑動精度的KPI指標(biāo)。
圖6
圖7
從造斜段／曲線段數(shù)據(jù)集中觀察到預(yù)滑動離底時長一個23%的縮短（自動9.8min，人工12.7min）通常是因離底活動的優(yōu)化所實現(xiàn)的。例如，在對齊工具面的操作步驟中有一些子功能，如果確定該功能是不必要的，則可以簡化或去除該功能。
造斜段／曲線段自動滑動控制面臨的最大挑戰(zhàn)是在保持精準(zhǔn)工具面控制的同時使在底ROP最大化。所觀察到的較低的ROP可能是由于定向司鉆為確保獲得期望的滑動質(zhì)量而限制鉆井參數(shù)所導(dǎo)致的。因為，在此無需進(jìn)行RtR/StR的度量，所以無法確定離底時長的改善是否會對滑動速度有影響。
水平段的滑動表現(xiàn)
水平段的分析清楚地說明了自動滑動控制是如何通過優(yōu)化在底作業(yè)來有效提高滑動鉆進(jìn)ROP的。對43個水平段的數(shù)據(jù)進(jìn)行了評價：其中23個自動滑動的水平段，20個人工滑動的水平段。所執(zhí)行的自動滑動控制的水平段沒有定向司鉆在場。重要發(fā)現(xiàn)如下：
Ÿ 自動滑動控制的井，離底預(yù)滑動作業(yè)明顯加快了，平均工具面設(shè)定時長為2.3min，平均預(yù)滑動作業(yè)時長為10.5min；而人工滑動控制的井，兩個時長分別為5.1min和13.0min。見圖8水平段滑動速度KPI指標(biāo)。這可以歸因于滑動處方所做的調(diào)整，這種調(diào)整優(yōu)化了一些離底活動，去除了一些不必要的步驟；
Ÿ 而人工滑動控制的井在底ROP要高一些，自動滑動控制的井預(yù)滑動作業(yè)要快一些，這使得自動滑動控制的滑動速度要高一些，即自動滑動操作的滑動速度為29.9ft/hr.，人工滑動操作的滑動速度則為27.3ft/hr.，見圖8。這清楚地表明，離底活動所需時長的縮短可對整個作業(yè)產(chǎn)生顯著的積極影響。
Ÿ 通過滑動評分和工具面分布得出，在所分析的井中，滑動精度略有改善，見圖9水平段滑動精度KPI指標(biāo)。而水平段作業(yè)自動與人工滑動控制之間的差異最大，這些自動滑動精度指標(biāo)足以實現(xiàn)定向目標(biāo)；
圖8
圖9
從水平段獲得的結(jié)果可以清楚地捕捉到，離底預(yù)滑動作業(yè)對滑動執(zhí)行速度的影響可能要比在底的鉆進(jìn)表現(xiàn)要大得多。盡管在底滑動的ROP減少了15%，但由于預(yù)滑動時長的縮短，所完成的自動滑動要比人工滑動的成本更低一些，相對而言，滑動速度更高了。對每次滑動和總滑動時長的RtR/StR小時數(shù)的評價量化了這一效益：自動滑動控制的井執(zhí)行滑動的速度要比人工滑動控制的井平均快了大約4小時。
表3：每次滑動的RtR和總的滑動時長
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自動 |
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人工 |
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每次滑動的RtR/StR（hrs） |
0.58 |
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0.68 |
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平均滑動次數(shù) |
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39 |
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總的滑動時長（hrs） |
22.6 |
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26.5 |
如同造斜段或曲線段，對于自動滑動系統(tǒng)來說，最大的剩余挑戰(zhàn)是：在保持工具面控制足夠精準(zhǔn)的同時提高在底滑動鉆進(jìn)的ROP。
結(jié)論
本文介紹了一種自動滑動鉆井方法，該方法目前已在美國多個陸上盆地部署使用，主要結(jié)論如下：
1. 該自動滑動系統(tǒng)是一項在不犧牲鉆井績效指標(biāo)前提下可遠(yuǎn)程執(zhí)行、可縮減員工和無人工操控定向鉆井作業(yè)的關(guān)鍵技術(shù)；
2. 滑動速度KPI指標(biāo)：在與在底ROP相比較時，每次滑動的RtR/StR時長和滑動速度KPI指標(biāo)提供了一種更加全面的評價一次滑動真實“成本”的方法。這些指標(biāo)的衡量可對那些受自動化影響更直接的活動或作業(yè)進(jìn)行評判，可用來評價自動滑動和人工滑動的真實績效；
3. 滑動精度KPI指標(biāo)：從滑動評分、工具面分布和廢進(jìn)尺這三個方面描述了如何以期望的工具面方向有效執(zhí)行一次滑動。這些指標(biāo)可用來促進(jìn)該系統(tǒng)現(xiàn)場作業(yè)的優(yōu)化與配置，以及新功能的開發(fā)與實踐；
4. 23口自動滑動控制和21口人工滑動控制的井對比結(jié)果表明，該自動滑動系統(tǒng)能以與人工滑動KPI指標(biāo)保持基本一致的水平執(zhí)行或完成滑動作業(yè)；
5. 滑動速度：該自動滑動系統(tǒng)在垂直段和水平段能提供更高的滑動速度。造斜段／曲線段的滑動速度不進(jìn)行計算，但相比人工滑動控制，自動滑動系統(tǒng)造斜段在底滑動鉆進(jìn)的ROP略低一些；
6. 滑動精度：該自動滑動系統(tǒng)在垂直段和造斜段可提供與人工滑動相當(dāng)?shù)墓ぞ呙婵刂?，而水平段的滑動精度略差于人工滑動控制?br />
（文章選自2019年4月美國鉆井工程師協(xié)會）
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