APS公司技术宣讲

APS Technology,Inc.技术交流-May 20,2010交流目录COMPANY公司介绍PRODUCTS产品介绍BACKGROUNDERS背景资料Introduction介绍MWD随钻测斜Pulser Design脉冲器原理Infrastructure and Assets设施设备WPR随钻测井Propagation Resistivity电磁波电阻率原理Company Video公司录像Drilling Optimization RSM旋转导向Formation Evaluation地层评价WPR Cases实际测井资料：Canada ChinaVibration Prediction,Measurement and Control振动预测、测量和控制HALT/HASS试测 Russia AVD主动式振动优化仪DDM钻井监测短节INTRODUCTION介绍3 APS成立于1993 超过25年专业化MWD/LWD设计、开发、制造经验 四大服务公司之外开发MWD/LWD经验最为丰富的公司 超过 35%的工程技术人员来自原来Teleco Oilfield Services的设计团队，Teleco是世界上首台商用MWD的开发制造商 独立的制造商4历史与现在 全球第二大独立的MWD/LWD制造、供应商 四大服务公司重要的供应商和合作伙伴：Schlumberger,Baker Hughes INTEQ,Halliburton,Weatherford,GE,CNPC,COSL 工业界公认的最佳泥浆脉冲器 井下振动分析、预测、利用的领导者 全球超过 700支脉冲器、280套MWD系统在作业 完全的产品工程、设计、支持、测试能力 拥有25项专利，6项在申请专利,5项DOE大奖5历史与现在6重点产品和目标 核心生产线:MWD&LWD 测量工具 钻井工具 旋转导向螺杆(RSM)振动工具 AVD,VMS&,Shock Isolators 产品目标:#1：2013年成为独立的MWD/LWD 系统供应商#1：独立的旋转导向工具供应商#1：可靠性/高质量/客户支持#1：技术&创新 新的技术用来降低钻进成本 提高可靠性更高的产品来服务市场 WPR：电阻率工具 EM：与泥浆脉冲集成的电磁波传送技术 HDR：高速数据传输脉冲器 RSM：旋转导向螺杆 AVD：智能振动控制仪 DDM：钻井监测短节7能力发展8 Current FutureAPS locations Deployed Systems全球产品布局图示INFRASTRUCTURE AND ASSETS设备设施9资源与设施 工厂 Connecticut总部拥有60,000平方尺的设计、测试和制造中心 休斯敦拥有20,000平方尺的销售、维修服务中心 阿联酋迪拜拥有5,000平方尺的销售、维修服务中心 2000平方尺的中国成都维修服务基地 设备 业界前10的名制造能力 多相流循环模拟体系(650HP,700lpm,1000psi)高温高压全尺寸压力测试罐(27000psi,200,5m)振动测试台、环境应力测试箱 全尺寸工具疲劳强度及可靠性试验架 HALT/HASS(-50-200,0-50g)综合的ERP管理系统10公司地点Houston 中心Jebel Ali中心11Wallingford,CT总部成都中心机械加工能力 拥有现代化一流的数控机床 能够加工大至10-”x 20 的工具短节 3-4&5轴各式数控机床 4-5轴数铣、车综合性加工中心 数控的深孔钻、侧孔钻 激光对焊机 数字化生产12机加工中心13加工中心14电子实验室15客户支持与服务 众多的维修中心 Houston;Dubai;Nizhnevartovsk;Wallingford,CT;Chengdu,China 丰富的库存为客户快速提供各种消耗配件 负责任的客户支持工程师队伍 脉冲器10天返修承诺 探管10天返修承诺，APS提供替代探管 客户支持网站 维护培训 提供完善的支持仪器和工具16MWDSURESHOT MT 随钻测量工具MWD SureShot TM 系统18 7年现场服务历史，近300套系统为超过90多家用户服务 泥浆脉冲与电磁波传输方式集成 1.50bps-4.0bps传输速度 3.5”-9”BHA范围 175，20000psi标配 是WPR，RSM，PWD，AVD等工具的平台 适用各种泥浆体系，过平衡、欠平衡体系 开放式系统设计 特点是高温和深井MWD最新发展 无刷电机动作控制 高可靠性 没有电刷和整流器 减少30%的工作电耗和70%静止电耗 带2,400小时的诊断内存 脉冲器的轴磁耦合改进 FlowStat的改进 改善了FlowStat在各种温度下的表现 深度跟踪系统集成到SIU 深度跟踪系统和解码集成到同一个箱子 降低了成本和空间要求19MWD最新发展 新的井下CPU编码电路板 32 MB内存 更低的电耗 更高的作业温度 改善了电能管理系统 新的电路板工作耗电更低 改善的电能管理系统将把没有工作的元件关闭 振动监控模块 测量并记录轴向、横向和Stick-slip 实时传输 传输速度提高 DSP20SureShot 简装地面系统21SureShot 简装地面系统22Printrex log plotter Surface Interface Unit(SIU)Rig floor displayHookload sesor anddraw works encoderSureShot 重装地面系统23SIU Surface Interface UnitBlade ComputerKey board and monitor司钻房显示器24现场测试箱 自动检测 坚固耐用 行/不行简单逻辑 指示灯显示 颜色区分25SSCC 截屏26MWD SureShot TM 系统27固定式与可打捞式28可打捞配置固定、不可打捞式配置可打捞式脉冲器可打捞式脉冲器29Pulser ShroudMuleshoe StingerRotorStatorSpearpoint旋转脉冲器 业界最强劲的脉冲器，往复式振荡运动 专利的防堵“open flow/single flow path”设计 专利设计，服务油田超过7年 超过 700脉冲器正在作业 被许多不同的MWD系统采用 Schlumberger，BHI采用，美国30%Tensor系统采用 可打捞和固定式配置 现场维护 内存诊断能力 1.5bps-4.0bps 数据传输速度30SureShot 电池组 标准Li DD-cells电池组 每组电池可连续作业140 150小时 组装和更换电池组十分简单 提供合格的供应商名单 测试、批准合格的供应商31涡轮发电机 175操作温度 150W发电能力 当TA工作时不会消耗电池 大范围泥浆排量 可代替电池组 200可选32SureShot TM 带涡轮发电机336-3/4 in.Flow Sub Configuration4-3/4 in.Flow Sub Configuration3-1/2 in 小井眼脉冲器343-1/2 in.Flow Sub Configuration模块间的连接可靠的旋转连接方式 军用Deutsch 22 conductor connectors，为MWD各个模块间提供可靠的连接方式最强的压力外筒连接避免失效的机理:没有拉伸、扭转和弯曲载荷 没有接触失效 没有断裂、磨损或湿连接没有冲蚀35APS APS 脉冲器服务例子脉冲器服务例子2 Wells Texas Pan HandleDepth7,200MW15.8 ppg.Temp.160 FProblemsSevere solids control&LCM problems.Holes in shaker screens.Motor and top sub completely plugged off with solids.ResultsAPS pulser still pulsing&unplugged.All solids passed by APS pulser landing below in Mud motor.Tripped to unplug and improve solids control on rig.36SureShot定向和伽玛探管 APS设计并制造探管 定向探管 可带32 MB内存 175作业温度 自然伽玛探管 Rugged NaI scintillator/photomultiplier tube(PMT)业界公认优秀的供应商37PWD 随钻测压 测量井底环空压力 测量井底钻具内压力 集成到SureShot MWD 测量ECD&ESD 测量Surge&Swab 实时3839Electromagnetic Telemetry 电磁波传输方式APS 电磁波MWD系统 集成成熟系统，第三代电池波厂商 与固定式泥浆脉冲方式集成一起 与泥浆脉冲方式可以现场互换 与泥浆脉冲方式共享井下供电、测量模块 共享Sureshot地面系统 APS改进系统4041电磁波信号传输系统发射天线绝缘短节EM电子模块MWD悬挂短节流量控模块 欠平衡钻进 空气或泡沫钻进 极高LMC42绝缘短节MWD悬挂短节电磁波信号传输系统电磁波信号传输系统悬挂扶正器发射天线EM 电子模块43EM 绝缘短节EM 发射天线EM 电子模块MWD 悬挂短节扶正器电磁波信号传输系统图示4445电磁波信号传输系统 即插即用特性，与泥浆脉冲现场互换使用 根据岩性自动调节信号强度，优化电耗 新一代的地面接收系统，提高了弱信号的灵敏度 特殊设计的绝缘短节，提高了绝缘特性 TA-增强了发射信号强度、不受电池限制46电磁波信号传输系统电磁波信号传输系统47电磁波信号传输系统电磁波信号传输系统WPR：电磁波电阻率工具48WPR：电磁波电阻率工具49APS生产的电阻率LWD名称是WPR，是Wave Propagation Resistivity Sub的简称。该工具是双频、双间距、带真实实时补偿的随钻测井工具WPR可以应用于各种类型的井眼，可进行地质导向、井眼纠正、孔隙压力趋势分析、套管下深选择、代替测井、起钻测井作业等。WPR可以用于各种类型的泥浆，油基和水基，为作业者提供实时地层电阻率数据。高精度的测量数据也储存在工具的内存中，便于起钻后精确分析。APS提供完整的地质导向软件用来计算和分析。SureShot 带电阻率 WPR50WPR 背景 在电阻率工具上有丰富的、被实践验证的经验和积累 设计、制造GE Centerfire 电阻率工具 与BHI MPR类似 采用油田普遍使用的材料和被证明了的技术 采用被实践证实的原理 技术上由ex-Teleco/BHI 电阻率工具高级工程师带队 产品水平与目前主要服务商的同类产品相当51WPR基础规范外径:3.5 in.(89 mm),4.75 in.(121 mm),6.75 in.(171 mm),8.0 in.(203 mm)通过RS-485Interface 与 APS SureShot MWD 相连接两种操作频率：2 MHz and 400 kHz内存:32 MB由2x 3x 36v电池组或1x 涡轮发电机+0 x 2x电池供电可实现LWD 和“Measurement After Drilling”(MAD)作业模式测试/编程/下载数据等高安全性设计8.0 in.,6.75 in.and 4.75 in.尺寸的工具可集成随钻测压最高作业温度：175最大承压:20 kpsi(137.9 MPa)52WPR工作原理53TR1R2幅度差相位差从发射极发出的电磁波，通过地层到达中间的接收天线，由于地层的导电性不同，因此电磁波到达接收天线处出现相位差和幅差。由于不同的地层出现相位差和幅差不同，故可以判别地层。电磁波的传导受井眼情况的影响较小WPR工作原理示意图WPR补偿原理54WPR工作原理示意图对称天线结构设计可实现最佳井眼补偿补偿可提高测量精度、消除接收天线和电路板测量漂移接收天线置于仪器中间位置，可消除测量时间差造成的补偿误差 T2T4R2R1T3T1mm-914.40-571.50-107.90107.90571.50914.40APS WPR补偿原理 T2 T4 R2 R1 T3 T1WPR 优势 真实直接的井眼补偿，而不是复杂的运算补偿 钻进时提供实时补偿的电阻率测量 由设计消除了接收天线的漂移55 T2 T4 R2 T3 R1 T1WPR 优势 工业界标准的频率和天线间距 业界最佳的脉冲发生器，正脉冲、顶置 高速数据传输，泥浆与EM电磁波集成传输 提供随钻测压PWD集成 井下涡轮发电机供电，没有电池的限制 提供地质导向软件和培训 现场操作简单容易、可靠性高 天线现场容易维修更换 不含湿连接56Catoosa,OK现场测试572009年2月11-12日Samoltor 油田现场测试582010年4月27日WPR 提供随钻测压PWD选择59DRILLING OPTIMIZATIONRSM旋转导向螺杆60RSM优点 大幅提高ROP 提高轨迹控制精度 提高轨迹质量 延长钻进井段 提高井眼清洁状况 降低钻井综合成本61旋转导向螺杆(RSM)旋转导向螺杆*“推钻头式”，全旋转定向、稳斜、垂直钻进 导向部分被集成在泥浆螺杆的轴承壳体内，上面与标准螺杆动力相连*US Patent#7,389,830,issued June 24,2008 62独特设计63 所有部件全部旋转 独特设计与普通螺杆连用 充分发挥泥浆螺杆与顶驱的动力 所有泥浆螺杆均可采用 不影响钻头水利参数的设计 带“近钻头”参数 密封轴承 每周导向块伸出一次 导向块伸出力量、距离固定RSM与螺杆动力部分泥浆螺杆动力部分5.24米柔性短节1.52米RSM 4.42米 导向块短距传输CV Joint(customer)64关键点 交流发电机交流发电机 利用螺杆转子转动发电利用螺杆转子转动发电 叶轮泵叶轮泵 由螺杆转子驱动，为导向块提供液压动力由螺杆转子驱动，为导向块提供液压动力 导向块导向块 “推钻头推钻头”式控制式控制 导向探管导向探管 测量井斜和提供动态工具面测量井斜和提供动态工具面 控制电路控制电路 根据工具面，控制导向块伸出时间根据工具面，控制导向块伸出时间65主要部分主要部分下密封轴承驱动头液力泵和传动轴6 个控制仓:1.交流发电机/整流器2.交流发电机控制电路3.控制电路4.导向探管5.EM 短距传输6.GM 预留上密封轴承滑套式扶正器3个导向块 66可调试导向块67旋转导向系统旋转导向系统68目前规格工具外径6.75”总长11.13m导向部分长度5.30m螺杆动力长度5.24m 导向部分最大外径7.88”导向块推出外径8.5”,8.75”泥浆排量1100-2300lpm螺杆转速90-175rpm钻柱转速20-150rpm钻头扭矩8200ft-lbs造斜率0.5-5.2/30m最大作业温度150最大承压20000psi69操作模式 垂直钻进模式VDM 直井段钻进 保持井斜尽可能地小，井眼近似垂直 导向模式RSM 工具面由MWD提供，工程师调到设计方位 Downlink 具体的造斜率 稳斜钻进模式TAH 稳斜段钻进 自动保持当前井斜钻进 Downlinks调整方位漂移70如何工作的？-钻进 磁力计用来测定转速和磁工具面 加速度计用来测定井斜和高边工具面 控制电路决定每个导向块在指定的方向上推出来 导向力的大小由导向块伸出时间长短决定（最大到1/3圈)每个导向块每圈伸出一次 71 测斜时，RSM探管测量磁工具面和井斜 控制电路根据工具面伸出导向块和决定时间 导向力根据井斜值的大小自动调节 在接近垂直时将减小导向力 自动操作垂直钻进VDM 72 RSM 的工具面调整到设计的方位(一次性的操作)造斜率/降斜率是通过downlink 告诉工具的 控制电路测量钻具旋转速度，并反向推出导向块 定向井工程师根据实测对方位进行调整，Downlink造斜率/降斜率 旋转导向RSM73 达到设定的井斜角时，RSM用最小的导向力来维持井斜角 在测斜时，RSM测量MTF,GTF,INC:决定降斜或增斜趋势 决定维持井斜角度所需要的导向力 决定导向矢量来维持井斜值 现场工程师通过Downlink来控制方位的漂移：向左/右推出 漂移被纠正后，重新设置稳斜钻进TAH74 通过开关泥浆泵来向下通讯，无需特殊设备 简单、可靠、模式少“Dips”&“blips”：排量变化大于378 lpm,触发一个操作模式变化的信号 排量升降变化 50 gpm,600 pulser units Used by many MWD companies in multiple architectures Fixed mount&retrievable151Mud Pulser Types Negative Pulse Sondex-Geolink Halliburton-Sperry Sun(BGD tool)BHI,Accutrak Positive Pulse Pilot-assisted valveTensorBlueStarNewsco-Camber BHI-Navitrak,UPUPathfinder,MOPHalliburton-Sperry Sun,HDS1 Closed-loop poppet valve(BHI-Teleco design)Siren(Schlumberger)Rotary oscillating valve(APS)152Mud Pulser TypesNegative Pulse Largely obsolete except for GeoLink GeolinkHalliburton BGD(Obsolete but still being run in selective areas)Sperry Sun Negative pulse tools have been obsoleted in favor of“Mark Series”of pulsersBaker Hughes,Accutrak Obsolete by Teleco,NaviTrak,and UPUPilot-assisted valvesTensorBaker Hughes-Navitrak,UPUBlueStar(now G.E.)Was a G.E.copy cat designPathfinder,MOPHalliburton-Sperry Sun,HDS1Closed-loop poppet valves Baker Hughes-Teleco design Sperry Sun Mark designShear valvesSchlumberger-Siren(continuous rotation)APS -Oscillating Rotary Pulser Baker Hughes -Oscillating Rotary Pulser(BHI licensed APS design)153Mud Pulser Types154Negative Pulse ValvesPrinciple Pressure pulse is generated by porting drilling fluid from inside of tool to the annulus via a sliding valveAdvantages Valve design is fairly simpleDisadvantages Old Technology All major service companies have abandoned this design in favor of positive pulse Decoding is not as reliable as positive pulse Pulse height is a function of P through the tool;requires a restrictor which is generally disfavored by operators Prone to washout,valve leaks can cause catastrophic tool washout Many operators will not run negative pulse tools Not retrievable Not very tolerant to debris&LCM Slow155Pilot-assisted ValvesAdvantages Low power requirement Low purchase cost Adaptable to retrievableDisadvantages Poor LCM tolerance Valve wears quickly because seals are mud lubricated Unpredictable valve performance because pulse generation is dependent on mud properties and hydraulics Low data rate Poor reliability:P2)With pilot valve(30)open,pressure in cavity(42),P2=P2With pilot closed,P2=P1Area difference across front of cavity causes piston(34)to move forward,partially closing orifice,and generating pulseRalph F.Spinnler,U.S.Pat.#3,958,217,“Pilot Operated Mud-Pulse Valve,”May 18,1976.157Closed-loop Poppet ValvesAdvantages Very debris tolerant Valve actuation is independent of fluid properties(direct drive)Large positive pulse capability Robust design(highly reliable):1000 hrs.MTBF Dynamic seals are oil lubricated;no mud hydraulics Moderate data rateDisadvantages High power consumption-impractical to use with battery tools Expensive Requires skilled technicians&clean room environment for maintenance Not retrievable158Mud Siren Advantages High data rate capability Very debris tolerant Valve operations is independent of fluid properties(direct drive)Robust reliable design Disadvantages Complicated Limited pulse height Not retrievable Schlumberger patent159APS Oscillating Rotary Pulser(Shear Valve)AdvantagesContinuous improvement program 1,000 hours MTBFF Very debris tolerant.Patented open flow design resists jammingValve actuation is independent of fluid properties(direct drive)Pulser memory records critical operating parametersMagnetic coupling eliminates high speed sealLow to medium power requirements;motion across mud flow,not againstDynamic seals are oil lubricatedSimple design,highly reliableModerate data rateRetrievableDisadvantagesNot as power efficient as pilot operated valve160Conventional vs.Inverted Valve Design161Inverted ValveConventional ValveAPS Advantages APSs patented rotary pulser is the most robust and LCM tolerant pulser on the market The APS pulser is the pulser of choice for many MWD/LWD platforms where harsh drilling conditions are encountered Available in fixed our retrievable configurations Can be operated in battery only,turbine alternator only or turbine alternator with battery backup Interconnects are MIL-SPEC 22-pin locking connectors;not prone to intermittent connection under shock&vibration All sensors use APS patented vibration isolation shock mounts 162APS MWD Advantages vs.Tensor Rotary pulser vs.pilot pulser superior design&superior reliability Greater pulse height Superior LCM tolerance Less susceptible to washing out Pulser has memory for diagnostics Available in fixed or retrievable Top mounted,moves sensor closer to bit and makes integration with LWD sensors much easier and more reliable163Propagation ResistivityResistivity is Related to Electrical Resistance165WPR TheoryTransmitters send electromagnetic wave into the formation signal propagates radially into the formationSignal frequency remains constant but velocity and attenuation change changes are measured across receiversPhase shift(velocity change)and attenuation are a function of formation conductivity166Transmitter AntennaReceiver AntennaPropagation Resistivity Uses Radio Waves to Reach Out Past the“Invaded Zone”167WPR Theory168TR1R2Phase Difference Amplitude RatioPhase Difference&Amplitude Ratio measurements are proportional to formation conductivity and insensitive to borehole environmentPorosity Can Be Related to Resistivity“Archies Laws”help predict how much oil and salt water might be found in a formation based on its resistivity.169WPR Compensation Method Symmetrical antenna design provides for optimal compensation Compensation improves accuracy by canceling receiver antenna and board drift Centrally located receiver antennas eliminate compensation errors due to timing differences in the measurements170 T4 T1 R1 T3 R2 T2T2Formation EvaluationFormation Evaluation Logs172173HALT/HASS HALT Highly Accelerated Life Testing For design qualification Goal to find the weaknesses and eliminate them Rapid temperature cycling and vibration Precipitation of Defects Dectection Achieve a Detectable State Accomplish Good Coverage Accomplish Good Resolution Failure Analysis Corrective Action Corrective Action Verification Recording in a Data base174 HASS Highly Accelerated Stress Screening Technique used widely for oil&gas downhole equipment qualification especially by major service providers to oil&gas companies175 Thermal Stair Step Testing:-50 to 190C with 10C steps,logging data every 1 second Rapid Thermal Cycle:190C to-50C,30C per minute,5 cycles,logging data every 1 second Vibration Step Stressing:Staircase vibration levels from 5 to 50g RMS,logging data every 1 second Combined Rapid Thermal and Vibration:5 cycles,logging data every 1 second Modulated Excitation:Low level temperature and vibration detection screening 176 Hot Step test(RTC):25 deg C increments from 25 to 175C,20 min at each temp.RTC plus Vibration:1 cycle from-40 to 175C(thermal limit of current fixturing measured at product).Ramp rate of 15 C per min.Vibration steps from 5 g RMS to 10 g RMS in 2g steps.Modulation screen:3-5 g RMS with ramp from 25 to 175 C.Total test time:6-8 hours with setups and removal of product.Product monitored during testing and results reviewed before next test step177178179