導向鉆井技術

1、導向鉆井技術,主要內容,基本概念導向鉆井的工具和儀器導向鉆井技術閉環(huán)鉆井系統(tǒng)的結構及原理 導向鉆井技術的展望,基本概念,井眼軌跡的控制技術大致可分為兩方面： 一是預測技術，一是導向技術。預測技術:根據(jù)力學和數(shù)學理論，對影響井眼軌跡的各種因素進行分析研究，從而預測各種鉆具組合可能達到的預期效果。導向技術:根據(jù)實時測量的結果，井下實時調整井眼軌跡。導向鉆井技術主要包括鉆頭（一般為PDC鉆頭）、井下導向工具、隨鉆測量技術（

2、MWD、LWD等）以及計算機技術為基礎的井眼軌跡控制技術。主要特點是井眼軌跡的隨鉆測量、實時調整。,1.工具和儀器,1.1 導向工具的主要類型可以分為滑動式導向工具和旋轉式導向工具,主要區(qū)別在導向作業(yè)時,上部鉆柱是否轉動。1.1.1 滑動導向工具主要有各種固定式彎接頭、彎殼體馬達以及可變角的彎接頭、彎殼體馬達，偏心支撐型馬達等1.1.2 旋轉導向工具可分為兩大類：井斜控制式旋轉導向工具和全角控制式旋轉導向工具。,A.井斜控制

3、式導向工具,這種工具的核心是可變徑穩(wěn)定器，一般用于大井斜的條件下。在方位變化較小時，主要是通過調整穩(wěn)定器的外徑尺寸來改變BHA的性能，從而達到控制井斜、控制井眼軌跡的目的。,AGS可變徑穩(wěn)定器,B.全角控制式旋轉導向工具,全角控制式旋轉導向工具: 既能控制井斜，又能控制方位，是導向工具的發(fā)展方向。 目前這種旋轉導向工具主要有兩種： 一種是靜止式，當鉆柱旋轉時，導向支撐塊不轉動，可沿井眼軸線方向滑動；

4、 另一種是調節(jié)式，當鉆柱旋轉時，支撐塊隨鉆柱一起轉動，但其整體工作效果具有導向作用。,1.2 測量儀器的類型,按方位的測量原理可分為兩大類: 磁性和非磁性測量儀器按測量方式來分，又可分為: 單多點和隨鉆類隨鉆類還可以分為: 有線和無線隨鉆 隨鉆測量和隨鉆測井,1.2.1 磁性和非磁性測斜儀,磁性測量儀器采用的是指南針的工作原理，是通過感受地磁場的參數(shù)來測量的，其方位以地磁北極為基準，習慣上叫磁方位，

5、需要進行磁偏角的校正。它必須在無磁干擾的環(huán)境下工作。 包括各種羅盤照像單多點、電子單多點、有線隨鉆和無線隨鉆。,非磁性測量儀器的核心是陀螺測斜儀，它是利用陀螺定軸性的原理進行方位測量的。 這類儀器包括FH酸、虹吸、打孔測斜儀以及各種陀螺測斜儀。 陀螺測斜儀主要用于鉆桿內、套管內及各種有磁干擾的環(huán)境下的方位測量。,1.2.2 單多點和隨鉆,羅盤照像單多點、電子單多點、隨鉆的圖片,1.2.4 隨鉆測量和隨鉆測井,,隨鉆測

6、量一般指測量井身軌跡控制參數(shù)的MWD，也可稱為DWD（Directional While Drilling）。 隨鉆測井通常稱為LWD（Log While Drilling），它是在DWD的基礎上增加一些地質參數(shù)的隨鉆測量，通常有電阻率、自然伽瑪、孔隙度、中子密度等。,1.2.3 有線和無線隨鉆,有線和無線隨鉆的圖片隨鉆測斜儀按數(shù)據(jù)的傳輸方式可分為有線和無線類，有線隨鉆是通過電纜傳輸數(shù)據(jù)的，無線隨鉆通常稱為MWD（Measu

7、re While Drilling）,是采用泥漿脈沖、電磁波等方式傳輸數(shù)據(jù)的，泥漿脈沖又有正脈沖、負脈沖和連續(xù)波三種方式。,勝利油田SHENGLI OIL FIELD,勝利油田位于渤海之濱的黃河入?？?，是我國第二大油田。其儲量和產量集中在濟陽坳陷及濱臨渤海灣的灘海地區(qū)，有利勘探面積近6.5 萬平方公里。,,勝利油田1962年投入開發(fā)，截止到2000年底，共完成探井 5326口，發(fā)現(xiàn)70個油氣田，探明石油地質儲量40.45億噸，天然氣地

8、質儲量1907億方。40.45億噸的探明石油地質儲量中，有33億噸已動用，其中，可采儲量9億噸，目前，已累計采出原油7.2億噸，只剩下不到2億噸可采儲量待采。,一、目前勝利油田開發(fā)面臨的主要問題,39年的高速勘探開發(fā)，使油田面臨如下主要問題： 油田勘探開發(fā)程度高，已開發(fā)油田面臨高含水、高開發(fā)速度和高產出程度的“三高”不利局面。 原油年產量已從1993年的3355萬噸減至了2000年的2675萬噸，預計2001年產量2640萬噸，

9、穩(wěn)產形勢嚴峻。 油田開發(fā)已從大型構造整裝大油田的開發(fā)，轉向了復雜小斷塊油藏、巖性油藏等難動用儲量的開發(fā)，開發(fā)難度大、成本高。 除了已探明的40.45億噸石油地質儲量外，預計還有45億噸儲量待探明，但新增儲量豐度低、質量低，類型復雜，埋藏深，地表復雜，勘探開發(fā)難度大，成本高。,勝利油田為解決開發(fā)后期所面臨的問題，實現(xiàn)穩(wěn)產，必須提高以下3個方面的能力： 提高復雜油氣藏開發(fā)能力 提高灘海油氣田的海油陸采能力 提高深層資源的開

10、發(fā)能力和開發(fā)速度,二、解決勝利油田開發(fā)問題的手段,萊70,王27,王11,王70,王53,王68,牛25,牛11,梁83,梁60,梁68,,沙 三 下,濟陽坳陷預計資源量83億噸，依據(jù)國外成熟油田資料，巖性油藏等隱蔽型儲量約占總儲量40%左右。由于陸相湖盆的復雜性，巖性油藏更為發(fā)育，推測比例應在50%以上。按儲量增長趨勢，至少有7-17億噸隱蔽型儲量有待發(fā)現(xiàn)，巖性油氣藏是未來濟陽坳陷增加儲量和保持穩(wěn)產的主要對象。,東營三角洲演化模式

11、圖,主要用于解決復雜小斷塊油藏、巖性油藏等難動用儲量和新增儲量復雜油氣藏的勘探開發(fā)問題，提高其開發(fā)效率和油氣采收率，降低勘探開發(fā)成本。,1、提高復雜油氣藏開發(fā)能力,2、提高灘海油田海油陸采能力,勝利油田有414公里的海岸線，十多個灘海油田，探明資源量3.66億噸，是新增儲量的一個主戰(zhàn)場。整個海洋埕島油田主體距海岸5--13km。目前基本采用海洋鉆井平臺和人工島方案進行開發(fā)： 開發(fā)成本高 5米水深以內的淺海區(qū)域的開發(fā)盲區(qū)：大位移井位移

12、延伸能力達不到，而鉆井平臺又由于水淺而無法進入作業(yè)。提高海油陸采能力是解決這一難題，保障油田穩(wěn)產的一項重要手段。,用旋轉導向鉆井技術可大大提高ERD位移延伸能力和鉆井極限井深,從而可以大大提高開發(fā)效率、減少開發(fā)投入： 英國WYTCH FARM油田: BP公司在制定該油田開發(fā)方案時：ERD技術海油陸采方案是$1.5億,人工島是$3.3億 美國Pedernals 油田：原計劃建多個平臺開發(fā)，后采用在一 個平臺上鉆大位移井9口，滿足了油

13、田開發(fā)的需要，同時節(jié)省開發(fā)費用$ 1億 南海東部石油公司西江24－3－A14井: ERD技術: $ 2400萬(包括鉆機改造、鉆井費用等) 采用衛(wèi)星小平臺開發(fā):其投資將超過$ 7000萬,英格蘭WYTCH FARM油田M11井、M16井:水平位移均超過10000米，用SRD系統(tǒng)完成，滑動井段僅占5%,1605m,國外灘海油田開發(fā)經驗,3、提高深層油氣藏的開發(fā)能力和開發(fā)速度,據(jù)地質專家預測，渤海灣盆地有53億噸深層石油資源，西部的和

14、田區(qū)塊勘探面積43117平方公里，4個含油系統(tǒng)都在深部。深層資源是勝利油田新增產量的一個重要來源。但由于深井鉆井速度低和井身質量控制技術落后，使勝利油田深井鉆井周期是國外先進水平的3倍以上，嚴重制約了深層石油資源的開發(fā)。,勝和1井：設計井深5500米,該井一開即遇到了嚴重的井斜問題：井深402米，井斜10°；之后采取了多種防斜技術措施，但效果都不理想，為防斜而嚴重影響了機械鉆速，從2000年7月26日開鉆至2001年1月26

15、日的6個月的時間，只鉆進到井深1800米；從1800米開始采用動力鉆具復合鉆進技術進行防斜，一定程度上釋放了鉆壓，使機械鉆速平均提高了165%，2001年4月4日，鉆至井深3118米，成功鉆過易斜井段，完成防斜任務；但鉆井成本也因此而大大提高，因防斜而附加的鉆井費用近300萬元。,我們認為： 目前正在致力研究開發(fā)的旋轉導向鉆井技術是解決勝利油田目前勘探開發(fā)所面臨的問題，提高上述三個方面開發(fā)能力的有效技術手段。,,,,,,,,,,,,,,

16、,深井鉆井技術,分支井鉆井技術,大位移井技術,國外經驗,,連續(xù)光滑的三維延伸技術,為解決開發(fā)后期面臨的問題，充分利用鉆井新技術提高油氣采收率，超深井、高難定向井、叢式井、水平井、大位移井、分支井及三維多目標井等特殊工藝井技術相繼出現(xiàn)并得到了迅速發(fā)展。,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,國外：旋轉導向鉆井系統(tǒng),為滿足上述特殊工藝井導向鉆井需要，旋轉導向鉆井技術得以迅速發(fā)展,20世紀50--70年代：定向鉆井技術初步形成，

17、所使用的是“渦輪鉆具+彎接頭”定向工具配合氫氟酸測斜儀和機械重錘式測斜儀。20世紀80年代：隨著測量儀器和導向馬達技術的不斷完善，定向鉆井進入現(xiàn)代導向鉆井階段。,三、國外導向鉆井技術發(fā)展概況,根據(jù)導向工具的導向方式不同現(xiàn)代導向鉆井技術可劃分為三個階段,1、滑動導向鉆井,2、地面控制導向鉆井,井下彎馬達或彎接頭+隨鉆測量,可變徑穩(wěn)定器+井下彎馬達+MWD/LWD,3、旋轉導向鉆井,井下旋轉導向鉆井系統(tǒng),,滑動導向不連續(xù)軌跡控制,旋轉導

18、向連續(xù)軌跡控制,,SCHLUMBERGER ANADRIL公司的POWER DRIVE SRD系統(tǒng),導向方式：偏置鉆頭（BIAS THE BITS）調制式：整體旋轉動力：鉆井液壓差,BAKER HUGHES INTEQ公司的AUTO TRAK RCLS系統(tǒng),導向方式：偏置鉆頭（BIAS THE BITS）不旋轉外筒式動力：獨立液壓系統(tǒng),HALLIBURTON SPERRY-SUN公司的GEO-PILOT系統(tǒng),導向方式：POI

19、NTING THE BITS偏置鉆柱不旋轉外筒式,,地質導向技術,在旋轉導向鉆井技術成熟之前：國外各大石油公司的主攻目標基本上是近鉆頭的滑動地質導向系統(tǒng)，即將地質參數(shù)測量傳感器置于導向馬達的近鉆頭位置的馬達外殼上。如Schlumberger Anadril公司的GST（Geosteering Tool）地質導向工具和Baker Hughes Inteq公司的Navigator地質導向工具。 隨著旋轉導向鉆井系統(tǒng)投入現(xiàn)場應用：隨鉆

20、地質導向配合旋轉導向鉆井系統(tǒng)成為了各大石油公司追求的目標。Schlumberger Anadril公司的Ideal地質導向系統(tǒng)配合其Power Drive SRD 旋轉導向系統(tǒng)，Baker Hughes Inteq公司的RNT (Reservoir Navigation Tool) 地質導向系統(tǒng)配合其Auto Trak RCLS旋轉導向系統(tǒng)，分別應用于現(xiàn)場，取得了良好的效益。,,分析：,從本質上講，目前世界上各大石油公司所宣傳的地質導向

21、大多只能稱為隨鉆地質參數(shù)測量，通過地面對比分析，用于導向鉆井作業(yè)。 真正意義上的地質導向應該是地質參數(shù)隨鉆測量配合閉環(huán)旋轉導向鉆井系統(tǒng)應用，能夠實現(xiàn)地質參數(shù)的測量、自動處理及與地質模型對比，并自動產生導向指令，用于指導導向鉆井作業(yè)。 在目前油氣勘探開發(fā)形勢下，旋轉導向鉆井技術是解決難動用油氣藏開發(fā)和降低開發(fā)成本的急需技術；另外從開發(fā)難度上講，旋轉導向系統(tǒng)較地質導向系統(tǒng)易于實現(xiàn)。 地質導向技術配合旋轉導向技術所形成的旋轉地質導向鉆井

22、技術是鉆井技術的更高境界，應該作為在旋轉導向技術成熟的基礎上進一步擴展的目標。,四、勝利油田導向鉆井研究思路,1、前期研究基礎： 從“七五”開始，先后進行了定向井、叢式井、水平井、短半徑水平井、分支井、大位移井鉆井技術的攻關研究，形成了成熟的定向井、叢式井、水平井、短半徑水平井鉆井技術。初步形成了分支井、大位移井鉆井技術。 先后引進了有線隨鉆、無線隨鉆及帶4項地質參數(shù)的FEWD無線隨鉆測斜儀，并得到了廣泛應用。利用FEWD在新疆塔里

23、木油田成功完成了多口厚度在2米以內的超薄油層開發(fā)的水平井井眼軌跡控制。,定向井、叢式井技術,“七、五”項目完成以后，該項技術得到了大面積推廣應用：每年定向井、叢式井口數(shù)占完井總數(shù)的46%以上；解決了復雜斷塊油藏的有效開發(fā)和占地矛盾問題。,河50叢式井組,勝利油田“七、五”期間承擔完成了國家重點攻關項目“定向井、叢式井鉆井技術研究”，并獲得了國家科技進步一等獎，石油天然氣總公司科技進步特等獎。,水平井技術,1991年1月23日，首次在埕口

24、油田不整合油藏打出我國第一口水平井——埕科1井，到目前為止，勝利油區(qū)內已完成近200口水平井，占國內完成總數(shù)的2/3，已經形成了年產53萬噸的生產能力，并以每年50多口的速度增加， 2000年所鉆水平井當年建成產能13萬余噸，成為勝利油田穩(wěn)產的重要手段之一。2000年開始在卡塔爾進行水平井技術服務，已完成30余口。勝利水平井鉆井成本是同地區(qū)直井的1.5倍以內,而產量達到3--5倍。目前正在利用帶地質參數(shù)的FEWD組織對薄油層的水平井攻關

25、，以求有新的突破。,套管開窗側鉆短半徑水平井技術,該項目是“九五”完成的國家項目。形成了五大配套技術，取得了27項重大成果。至2000年，在不同類型的油氣藏中完成各類側鉆水平井19口。已投產的側鉆水平井日產量為相鄰直井的2倍以上，綜合含水降低20%－80%，平均單井增加可采儲量1.4×104 t，鉆井綜合成本是同區(qū)新鉆直井的92%。利用其核心技術每年完成側鉆定向井、水平井 150余口，每年新增產量24萬噸以上。,分支井技術,2

26、000年--2001年，勝利油田完全依靠自己的力量，完成了2口雙分支的分支井： 樁1-支平1井 梁46-支平1井 目前正在計劃鉆進一口三分支水平井,大位移井技術,2000年3月，勝利油田利用引進的HALLIBURTON公司的AGS可變徑穩(wěn)定器和FEWD，完成了勝利油田第一口位移超過3000米的海油陸采大位移水平井——埕北21－平1井,2、勝利油田導向鉆井研究思路,鑒于目前勝利油田的油氣勘探開發(fā)形勢和鉆井技術現(xiàn)狀，從油田實際需

27、要出發(fā)，我們計劃開展旋轉導向鉆井技術的攻關研究，計劃將旋轉導向鉆井技術作為主攻目標，地質參數(shù)隨鉆測量技術作為輔助手段。,技術路線：“根據(jù)實際需要制訂研究目標，開發(fā)研究與應用研究相結合；產、學、研聯(lián)合攻關，形成系列技術” 根據(jù)勝利油田實際需要，開發(fā)研究遙控變徑穩(wěn)定器和調制式旋轉導向鉆井系統(tǒng)及地質導向、雙向通訊、地面監(jiān)控等軟硬件，形成完整的旋轉導向鉆井系統(tǒng)，在“控制鉆井成本最低和保障開發(fā)需要并重”的原則下，滿足不同難度導向鉆井需要。

28、采取邊研究，邊應用，開發(fā)研究與應用研究相結合的路線。成熟技術盡快投入現(xiàn)場應用，高新技術形成技術儲備。 根據(jù)該項目研究難度大、投入高、風險大的特點，必須走“產、學、研”聯(lián)合攻關的研究路線。勝利油田作為牽頭單位，制訂研究目標、研究計劃和整體研究方案；關鍵技術和理論研究及室內試驗方面與大專院校和研究院所合作進行。,勝利油田導向鉆井研究思路,五、幾點認識,1、旋轉導向鉆井技術是解決目前油田開發(fā)后期所面臨的開發(fā)成本高、采收率低和復雜油氣藏儲量難