Measurement_while_drilling
掘削リグは、たとえばガスや石油などの天然資源を抽出するために、地球の地下にボアホールまたは井戸 (坑井とも呼ばれます)を作成するために使用されます。このような掘削中に、次のようなさまざまな目的で掘削装置センサーからデータが取得されます。掘削の円滑な運用を監視および管理するための意思決定支援。ボーリング孔が貫通した地層の詳細な記録 (または井戸ログ) を作成する。改善を特定できるように運用統計とパフォーマンス ベンチマークを生成し、将来の坑井運用のための統計的リスク分析を実行するための正確な過去の運用パフォーマンス データを坑井プランナーに提供します。掘削中の測定 (MWD)という用語、および掘削中の伐採(LWD) は、業界全体で一貫して使用されているわけではありません。これらの用語は関連していますが、このセクションのコンテキスト内では、MWD という用語は方向掘削測定を指し、たとえば坑井経路の決定支援 (傾斜角と方位角) を指し、LWD は掘削中に貫入された地層に関する測定を指します。 .
コンテンツ
1 歴史
2 計測
3 送信される情報の種類
3.1 方向情報 3.2 掘削力学情報 3.3 形成特性
4 データ送信方法
4.1 マッドパルステレメトリー 4.2 電磁テレメトリー 4.3 有線ドリルパイプ
5 回収可能なツール
5.1 制限事項
6 参考文献
6.1 参考文献
7 こちらもご覧ください
8 外部リンク
歴史
MWD と LWD を提供する最初の試みは 1920 年代にさかのぼり、第二次世界大戦の前にマッド パルス、有線パイプ、音響および電磁気を使用して試みが行われました。JJ Arps は 1960 年代に実用的な指向性と比抵抗システムを開発しました。 1960 年代後半から 1970 年代前半にかけてモービル、スタンダード オイルなどによってサポートされた競合する作業により、1970 年代前半までに、シュルンベルジェ (モービル) ハリバートンとベーカーヒューズのシステムである Teleco Oilfield Services の MWD など、複数の実行可能なシステムが生まれました。しかし、開発の主な原動力となったのは、ノルウェーの石油総局が、ノルウェー沖の井戸で 100 メートルごとに方向調査を行うことを義務付けたことです。この決定により、MWD 技術が従来の機械式 TOTCO デバイスよりも経済的な利点を持つ環境が作成され、1980 年代初頭までにガンマと抵抗率を追加する LWD を含む急速な開発につながりました。
計測
MWD は通常、坑井 (穴) の垂直方向からの傾斜と、北からの磁気方向の測定値に関係します。基本的な三角法を使用して、井戸の経路の 3 次元プロットを作成できます。本質的に、MWD オペレーターは穴が掘削されるときに穴の軌跡を測定します (たとえば、データの更新が到着し、数秒またはそれ以上の速度で処理されます)。この情報は、石油、ガス、水、またはコンデンセートを含む地層を事前に計画された方向に掘削するために使用されます。岩石からの自然ガンマ線放射の追加測定も行うことができます。これは、掘削されている岩層のタイプを広く特定するのに役立ち、さまざまなタイプの既知の層の存在に関連して坑井のリアルタイムの位置を確認するのに役立ちます (既存の地震データと比較して)。
密度と空隙率、岩石流体の圧力、およびその他の測定値が取得されます。放射源を使用するものもあれば、音を使用するものもあれば、電気を使用するものも次に、これを使用して、石油やその他の流体が地層をどの程度自由に流れることができるか、岩石に存在する炭化水素の量、および他のデータを使用して、貯留層全体と貯留層の値を計算できます。
MWD ダウンホール ツールは、坑底掘削アセンブリを備えた「ハイサイド」でもあり、方向掘削として知られる 3D 空間で選択した方向に坑井を操縦できます。指向性掘削業者は、MWD オペレーターから正確で品質の高いテスト済みデータを受け取ることによって、計画された軌道上で坑井を安全に保つことができます。
方向調査測定は、傾斜を測定するために直交して取り付けられた 3 つの加速度計と、方向 (方位角) を測定するために直交して取り付けられた 3 つの磁力計によって行われます。ジャイロツールを使用して方位角を測定することができます。この場合、調査は外部磁気の影響が破壊的な場所で測定されます。たとえば、「ケーシング」の内部で、穴が鋼管 (チューブ) で裏打ちされています。これらのセンサーは、岩層の密度、空隙率、圧力、またはその他のデータを測定する追加のセンサーと同様に、論理ユニットに物理的およびデジタル的に接続されています。論理ユニットは、情報を 2 進数に変換し、「泥パルス」を使用して地表に送信します。テレメトリ」(MPT、コンビナトリアル、マンチェスター エンコーディング、スプリット フェーズなどの流体で使用されるバイナリ コーディング伝送システム)。
これは、選択されたMPTに従ってドリルストリング内の掘削流体（泥）の圧力を変化させるダウンホール「パルサー」ユニットを使用することによって行われます。これらの圧力変動はデコードされ、表面システムのコンピューターに波形として表示されます。センサーからの電圧出力 (生データ); 磁北からの重力または方向の特定の測定値、または音波、核波形などの他の形式
表面 (泥) 圧力変換器は、これらの圧力変動 (パルス) を測定し、信号をデジタル化する表面コンピューターにアナログ電圧信号を渡します。破壊的な周波数はフィルターで除去され、信号は元のデータ形式にデコードされます。たとえば、20psi (またはそれ以下) の圧力変動は、3，500psi またはそれ以上のマッドシステムの総圧力から「選択」することができます。
ダウンホールの電気的および機械的動力は、「泥」の流れのエネルギー、バッテリーユニット（リチウム）、またはその両方の組み合わせを使用するダウンホールタービンシステムによって提供されます。
送信される情報の種類編集
方向情報
MWD ツールは一般に、リアルタイムで方向調査を行うことができます。このツールは、加速度計と磁力計を使用して、その場所の坑井の傾斜と方位角を測定し、その情報を地表に送信します。一連の調査で; 適切な間隔 (30 フィート (つまり 10 m) ごとから 500 フィートごと) で傾斜角、方位角、およびツール面を測定すると、坑井の位置を計算できます。
この情報だけで、オペレーターは、井戸が掘削を許可されていない地域に侵入していないことを証明できます。ただし、MWD システムはコストがかかるため、通常、垂直方向の坑井では使用されません。代わりに、スリックラインまたはワイヤーラインのドリルストリングに降ろされたマルチショット調査ツールを使用して掘削した後、井戸が調査されます。
リアルタイム調査の主な用途は、方向掘削です。指向性ドリラーがターゲット ゾーンに向かって坑井を操縦するためには、坑井がどこに向かっているのか、そして自分の操縦努力の影響がどのようなものであるかを知る必要が
MWD ツールは、通常、曲がったサブまたは曲がったハウジングを備えたダウンホール マッド モーターを使用した方向掘削を支援するツールフェース測定も提供します。ツールフェースの測定値の使用に関する詳細については、方向穴あけを参照して
掘削力学情報
MWD ツールは、ドリル ビットの状態に関する情報も提供できます。これには以下が含まれる場合が
ドリルストリングの回転速度
その回転の滑らかさ
ダウンホールの振動の種類と重大度
坑内温度
ドリルビットの近くで測定したビットのトルクと重量
泥流量
マッドモーターズ
この情報を使用することで、オペレーターは坑井をより効率的に掘削し、MWD ツールや、マッド モーター、ロータリー操舵システム、LWD ツールなどの他のダウンホール ツールを技術仕様の範囲内で確実に操作することができます。ツールの失敗。この情報は、掘削中の地層に関する坑井情報を担当する地質学者にとっても貴重です。
形成特性
多くの MWD ツールは、単独で、または別の LWD ツールと組み合わせて、地層特性を測定できます。地表では、これらの測定値がログにまとめられます。これは、ワイヤーライン ロギングで得られるものと同様です。
LWD ツールは、密度、空隙率、比抵抗、音響キャリパー、ドリル ビットでの傾斜 (NBI)、磁気共鳴、地層圧力など、一連の地質学的特性を測定できます。
MWD ツールを使用すると、坑井の掘削中にこれらの測定値を取得して評価できます。これにより、事前設定されたターゲットに単純に掘削するのではなく、測定された地層特性に基づいてジオステアリングまたは方向掘削を実行できます。
ほとんどの MWD ツールには、自然ガンマ線値を測定するためのガンマ線センサーが内蔵されています。これは、これらのセンサーがコンパクトで、安価で、信頼性が高く、改造されていないドリル カラーで測定できるためです。他の測定では、多くの場合、別の LWD ツールが必要です。これは、内部ワイヤを介してダウンホールの MWD ツールと通信します。
掘削中の測定は、探査井、特に塩ダイアピルの地域で井戸が掘削されるメキシコ湾の地域では、費用対効果が高い場合が比抵抗ログは塩への浸透を検出し、早期検出はベントナイト掘削泥への塩害を防ぎます。
データ送信方法
マッドパルステレメトリー
これは、MWD ツールで使用されるデータ転送の最も一般的な方法です。ダウンホールでは、伝送されるデジタル情報に応じて、掘削流体（泥）の流れを制限するためにバルブが操作されます。これにより、情報を表す圧力変動が作成されます。圧力変動は掘削流体内を地表に向かって伝播し、そこで圧力センサーから受信されます。表面では、受信した圧力信号がコンピューターによって処理され、情報が再構築されます。この技術には、正パルス、負パルス、連続波の 3 種類が
正パルス
正パルス ツールは、バルブを短時間開閉して、ドリル パイプ内の泥の流れを制限します。これにより、表面に見られる圧力が増加します。デジタル情報は、ラインコードまたはパルス位置変調を使用して圧力信号にエンコードできます。
MWD を示す図
負パルス
負のパルス ツールでバルブを短時間開閉して、泥をドリルパイプの内側から環に放出します。これにより、表面に見られる圧力の低下が生じます。デジタル情報は、ラインコードまたはパルス位置変調を使用して圧力信号にエンコードできます。
連続波
連続波ツールは、バルブを徐々に開閉して、掘削流体内に正弦波の圧力変動を生成します。連続位相の任意のデジタル変調方式を使用して、キャリア信号に情報を加えることができます。最も広く使用されている変調方式は、連続位相変調です。
アンバランス掘削を使用すると、マッド パルス テレメトリが使用できなくなる可能性がこれは通常、掘削泥の等価密度を下げるために、圧縮性ガスが泥に注入されるためです。これにより信号が大幅に減衰し、泥がパルス データを送信する能力が大幅に低下します。この場合、地層を伝播する電磁波やワイヤードドリルパイプテレメトリなど、マッドパルステレメトリとは異なる方法を用いる必要が
現在のマッド パルス テレメトリ技術は、最大 40 ビット/秒の帯域幅を提供します。データ速度は坑井の長さが長くなるにつれて低下し、通常は 0.5 ビット/秒 – 3.0 ビット/秒まで低くなります。 (ビット/秒) 深度 35，000 フィート – 40，000 フィート (10668 m – 12192 m)。
地表から坑底への通信は、通常、掘削パラメータの変更、つまり、ドリル ストリングの回転速度の変更または泥流速度の変更によって行われます。情報を送信するために掘削パラメータを変更すると、掘削プロセスの中断が必要になる場合がこれは、非生産的な時間が発生するため好ましくありません。
電磁テレメトリー
これらのツールはドリルストリングに電気絶縁体を組み込んでいますが、良好な導体 (塩水) を介してデータを受信するという課題があるため、このアプローチは主に浅い塩水帯水層のない陸上地域に限定されています。データを送信するために、ツールは、上部 (絶縁体の上にあるメイン ドリルストリング) と下部 (ドリル ビット、および MWD ツールの絶縁体の下にある他のツール) の間に変更された電圧差を生成します。地表では、ワイヤーが坑口に取り付けられており、地表でドリルパイプと接触します。2 本目のワイヤーは、少し離れた地面に打ち込まれたロッドに取り付けられています。坑口と接地棒は、ダイポール アンテナの 2 つの電極を形成します。2 つの電極間の電圧差は、コンピューターによってデコードされる受信信号です。
EM ツールは、非常に低い周波数 (2 ～ 12 Hz) の波のパターンでドリルストリング セクション間に電圧差を生成します。データは、デジタル変調によって波に乗せられます。
このシステムは通常、最大 10 ビット/秒のデータ レートを提供します。さらに、これらのツールの多くは、同じ方法で地表からデータを受信することもできますが、マッド パルス ベースのツールは、ドリルストリングの回転速度やマッド フロー レートなどの掘削パラメータの変更に依存しています。地表からダウンホール ツールに情報を送信します。
広く使用されているマッド パルス テレメトリと比較して、電磁パルス テレメトリは、アンバランスな掘削や掘削流体として空気を使用する場合など、陸上の特殊な状況でより効果的です。陸上の浅い掘削深度でデータをより高速に送信できます。ただし、非常に深い井戸を掘削する場合は一般的に不十分であり、特定のタイプの地層では信号が急速に強度を失い、わずか数千フィートの深さで検出できなくなる可能性があります.
有線ドリルパイプ
いくつかの油田サービス会社は現在、ワイヤード ドリル パイプ システムを開発していますが、ワイヤード システムは何十年にもわたって試行されており、ロシアでは 1960 年代にシステムが使用されていました。これらのシステムは、電気信号を地表に直接伝えるドリルストリングのすべてのコンポーネントに組み込まれた電線を使用します。これらのシステムは、ダウンホール ツールから地表へ、および地表からダウンホール ツールへの両方で、マッド パルスまたは電磁テレメトリで可能なものよりも桁違いに大きいデータ転送速度を約束します。IntelliServ 有線パイプ ネットワークは、毎秒 1 メガビット以上のデータ レートを提供し、2006 年に商用化されました。BP America、StatoilHydro、Baker Hughes INTEQ、および Schlumberger の代表者は、このシステムをオンショアとオフショアの両方で使用した 3 つの成功事例を発表しました。2008 年 3 月、フロリダ州オーランドで開催された SPE/IADC 掘削会議で。ドリルストリングのコストと展開の複雑さにより、これはマッドパルスと比較してニッチな技術になっています。
回収可能なツール
MWD ツールは、ドリル カラーに半永久的に取り付けられているか (サービス施設でのみ取り外し可能)、自己完結型でワイヤーラインで回収可能です。
スリム ツールとも呼ばれる回収可能な工具は、ドリル ストリングを介してワイヤーラインを使用して回収および交換できます。これにより、一般に、障害が発生した場合にツールをより迅速に交換でき、ドリルストリングが動かなくなった場合にツールを回復できます。回収可能なツールは、通常は直径が約 2 インチ以下であるが、長さが 20 フィート (6.1 m) 以上になる場合もある。ツールがドリルストリングに収まるには、小さなサイズが必要です。ただし、ツールの機能も制限されます。たとえば、スリムなツールは、首輪に取り付けられたツールと同じ速度でデータを送信できません。また、他の LWD ツールと通信したり、電力を供給したりする能力も制限されます。
ファット ツールとも呼ばれるカラー マウント ツールは、通常、坑井現場でドリル カラーから取り外すことはできません。ツールが故障した場合は、ドリルストリング全体を穴から引き抜いて交換する必要がただし、ドリルストリングを通す必要がなければ、ツールをより大きく、より機能的にすることができます。
有線経由でツールを取得できる機能は、多くの場合便利です。たとえば、ドリルストリングが穴に詰まった場合、ワイヤーライン経由で工具を回収すると、ドリルストリングの詰まった部分を穴に残したままにしておくよりも、かなりの金額を節約できます。ただし、プロセスにはいくつかの制限が
制限事項
ワイヤーラインを使用してツールを取得することは、ツールを穴から引き出すよりも必ずしも高速ではありません。たとえば、1，500 フィート (460 m) でトリプル リグ (パイプの 3 ジョイント、または約 90 フィート (30 m) フィートを一度にトリップできる) で掘削中にツールが失敗した場合、通常は高速になります。特にワイヤーラインユニットをリグに移動する必要がある場合は、ワイヤーラインをリグアップしてツールを回収するよりも、穴からツールを引き出す必要が
有線の回収は、追加のリスクももたらします。ツールがワイヤーラインから外れると、ドリルストリングに落ちます。これは通常、ツールとそれが取り付けられているドリルストリング コンポーネントに重大な損傷を引き起こし、故障したコンポーネントを交換するには、ドリルストリングを穴から引き抜く必要がこれは、最初に穴から引き抜くよりも総コストが高くなります。ワイヤライン ギアがツールにラッチされない場合や、深刻な障害の場合、ツールの一部しか表面に出ない場合もこれにより、ドリルストリングを穴から引き抜いて故障したコンポーネントを交換する必要があり、有線操作が時間の無駄になります。
一部の工具設計者は、回収可能な「スリム工具」設計を採用し、それを回収不可能な工具に適用しました。この例では、MWD は、スリムなツール設計のすべての制限 (低速、粉塵粒子による詰まりの可能性、低い衝撃および振動耐性) を維持しますが、利点はありません。不思議なことに、これらのツールは、持ち上げてプレートで扱っているにもかかわらず、依然としてワイヤーラインの槍先を持っています.
参考文献
^ ダウェル、イアン; アンドリュー・ミルズ; マット・ローラ（2006）。「第 15 章 – 掘削データの取得」。ロバート・F・ミッチェル（編）。石油工学ハンドブック。巻。II – 掘削工学。石油技術者協会。pp.647–685。ISBN 978-1-55563-114-7. ^ JJアープス | JL Arps DOI https://doi.org/10.2118/710-PA
^ 「スタックパス」 .
^ ギアハート、マーヴィン。ジーマー、ケリーA。Knight、Orien M.（1981）。「マッド パルス MWD システム レポート」 . 石油技術のジャーナル。33 (12): 2301–2306. ドイ：10.2118/10053-PA。
^ ギアハート、M。モーズリー、LM。Foste、M.（1986）。「MWD の最新技術と探査および開発掘削におけるその応用」 . 終日。ドイ: 10.2118/14071-MS .
^ モアケ、GL; ハイセ、DR; ジャクソン、CE; ジョージア州マーチャント。シュルツ、WE (1997)。「フォーメーション評価 LWD システムにおける測定品質と信頼性の向上」 . 穴あけ＆完成。12 (3): 196–202. ドイ：10.2118/28429-PA。
^ ギアハート、M。モーズリー、LM。Foste、M.（1986）。「MWD の最新技術と探査および開発掘削におけるその応用」 . 終日。ドイ: 10.2118/14071-MS .
^ ギアハート、M。モーズリー、LM。Foste、M.（1986）。「MWD の最新技術と探査および開発掘削におけるその応用」 . 終日。ドイ: 10.2118/14071-MS .
^ ギアハート、M。モーズリー、LM。Foste、M.（1986）。「MWD の最新技術と探査および開発掘削におけるその応用」 . 終日。ドイ: 10.2118/14071-MS .
^ ギアハート、M。モーズリー、LM。Foste、M.（1986）。「MWD の最新技術と探査および開発掘削におけるその応用」 . 終日。ドイ: 10.2118/14071-MS .
^ 「マッドパルステレメトリは、振動シアーバルブで段階的な改善が見られます」 . 2008 . 2009年 3 月 23 日閲覧。
^ 「オリオンII MWDシステム」 . 2009. 2009年 3 月 22 日のオリジナルからのアーカイブ。2009年 3 月 23 日閲覧。
^ 「インテリサーブ ネットワーク」 . 2008 . 2008年 3 月 13 日閲覧。
^ “”TH Ali， et al.， SPE/IADC 112636: High Speed Telemetry Drill Pipe Network Optimizes Drilling Dynamics and Wellbore Placement; TS Olberg et al.， SPE/IADC 112702: The Utilization of the Massive Amount of Real-Time Data Acquired in Wired-Drillpipe Operations; V. Nygard et al.， SPE/IADC 112742: A Step Change in Total System Approach Through Wired-Drillpipe Technology”” . 2008. 2011 年 7 月 7 日のオリジナルからのアーカイブ。2008年 3 月 13 日閲覧。
参考文献
ミッチェル、ビル（1995）。Advanced Oilwell Drilling Engineering Handbook (第 10 版)。コロラド州レイクウッド: ミッチェル エンジニアリング。ASIN B0006RMYTW . OCLC 46870163。
こちらもご覧ください
ジオステアリング
外部リンク
・コモンズでの掘削中の測定に関連するメディア”