導(dǎo)向鉆井技術(shù)

1、導(dǎo)向鉆井技術(shù),主要內(nèi)容,基本概念導(dǎo)向鉆井的工具和儀器導(dǎo)向鉆井技術(shù)閉環(huán)鉆井系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及原理 導(dǎo)向鉆井技術(shù)的展望,基本概念,井眼軌跡的控制技術(shù)大致可分為兩方面： 一是預(yù)測技術(shù)，一是導(dǎo)向技術(shù)。預(yù)測技術(shù):根據(jù)力學(xué)和數(shù)學(xué)理論，對影響井眼軌跡的各種因素進(jìn)行分析研究，從而預(yù)測各種鉆具組合可能達(dá)到的預(yù)期效果。導(dǎo)向技術(shù):根據(jù)實(shí)時測量的結(jié)果，井下實(shí)時調(diào)整井眼軌跡。導(dǎo)向鉆井技術(shù)主要包括鉆頭（一般為PDC鉆頭）、井下導(dǎo)向工具、隨鉆測量技術(shù)（

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

3、式導(dǎo)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(diào)整穩(wěn)定器的外徑尺寸來改變BHA的性能，從而達(dá)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(zhuǎn)導(dǎo)向工具,全角控制式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具: 既能控制井斜，又能控制方位，是導(dǎo)向工具的發(fā)展方向。 目前這種旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具主要有兩種： 一種是靜止式，當(dāng)鉆柱旋轉(zhuǎn)時，導(dǎo)向支撐塊不轉(zhuǎn)動，可沿井眼軸線方向滑動；

4、 另一種是調(diào)節(jié)式，當(dāng)鉆柱旋轉(zhuǎn)時，支撐塊隨鉆柱一起轉(zhuǎn)動，但其整體工作效果具有導(dǎo)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(diǎn)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(zhǔn)，習(xí)慣上叫磁方位，

5、需要進(jìn)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(diǎn)、電子單多點(diǎn)、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(jìn)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(nèi)、套管內(nèi)及各種有磁干擾的環(huán)境下的方位測量。,1.2.2 單多點(diǎn)和隨鉆,羅盤照像單多點(diǎn)、電子單多點(diǎn)、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(chǔ)上增加一些地質(zhì)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(fù)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(chǎn)量集中在濟(jì)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(zhì)儲量40.45億噸，天然氣地

8、質(zhì)儲量1907億方。40.45億噸的探明石油地質(zhì)儲量中，有33億噸已動用，其中，可采儲量9億噸，目前，已累計(jì)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(chǎn)出程度的“三高”不利局面。 原油年產(chǎn)量已從1993年的3355萬噸減至了2000年的2675萬噸，預(yù)計(jì)2001年產(chǎn)量2640萬噸，

9、穩(wěn)產(chǎn)形勢嚴(yán)峻。 油田開發(fā)已從大型構(gòu)造整裝大油田的開發(fā)，轉(zhuǎn)向了復(fù)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(zhì)儲量外，預(yù)計(jì)還有45億噸儲量待探明，但新增儲量豐度低、質(zhì)量低，類型復(fù)雜，埋藏深，地表復(fù)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(shí)現(xiàn)穩(wěn)產(chǎn)，必須提高以下3個方面的能力： 提高復(fù)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(jì)陽坳陷預(yù)計(jì)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(fù)雜性，巖性油藏更為發(fā)育，推測比例應(yīng)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(jì)陽坳陷增加儲量和保持穩(wěn)產(chǎn)的主要對象。,東營三角洲演化模式

11、圖,主要用于解決復(fù)雜小斷塊油藏、巖性油藏等難動用儲量和新增儲量復(fù)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(fù)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(jìn)行開發(fā)： 開發(fā)成本高 5米水深以內(nèi)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(dá)不到，而鉆井平臺又由于水淺而無法進(jìn)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(chǎn)的一項(xiàng)重要手段。,用旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)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(shù)海油陸采方案是$1.5億,人工島是$3.3億 美國Pedernals 油田：原計(jì)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(fèi)用$ 1億 南海東部石油公司西江24－3－A14井: ERD技術(shù): $ 2400萬(包括鉆機(jī)改造、鉆井費(fèi)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(jīng)驗(yàn),3、提高深層油氣藏的開發(fā)能力和開發(fā)速度,據(jù)地質(zhì)專家預(yù)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(chǎn)量的一個重要來源。但由于深井鉆井速度低和井身質(zhì)量控制技術(shù)落后，使勝利油田深井鉆井周期是國外先進(jìn)水平的3倍以上，嚴(yán)重制約了深層石油資源的開發(fā)。,勝和1井：設(shè)計(jì)井深5500米,該井一開即遇到了嚴(yán)重的井斜問題：井深402米，井斜10°；之后采取了多種防斜技術(shù)措施，但效果都不理想，為防斜而嚴(yán)重影響了機(jī)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(jìn)到井深1800米；從1800米開始采用動力鉆具復(fù)合鉆進(jìn)技術(shù)進(jìn)行防斜，一定程度上釋放了鉆壓，使機(jī)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(wù)；但鉆井成本也因此而大大提高，因防斜而附加的鉆井費(fèi)用近300萬元。,我們認(rèn)為： 目前正在致力研究開發(fā)的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)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(shù)手段。,,,,,,,,,,,,,,

16、,深井鉆井技術(shù),分支井鉆井技術(shù),大位移井技術(shù),國外經(jīng)驗(yàn),,連續(xù)光滑的三維延伸技術(shù),為解決開發(fā)后期面臨的問題，充分利用鉆井新技術(shù)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(biāo)井等特殊工藝井技術(shù)相繼出現(xiàn)并得到了迅速發(fā)展。,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,國外：旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng),為滿足上述特殊工藝井導(dǎo)向鉆井需要，旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)得以迅速發(fā)展,20世紀(jì)50--70年代：定向鉆井技術(shù)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(jī)械重錘式測斜儀。20世紀(jì)80年代：隨著測量儀器和導(dǎo)向馬達(dá)技術(shù)的不斷完善，定向鉆井進(jìn)入現(xiàn)代導(dǎo)向鉆井階段。,三、國外導(dǎo)向鉆井技術(shù)發(fā)展概況,根據(jù)導(dǎo)向工具的導(dǎo)向方式不同現(xiàn)代導(dǎo)向鉆井技術(shù)可劃分為三個階段,1、滑動導(dǎo)向鉆井,2、地面控制導(dǎo)向鉆井,井下彎馬達(dá)或彎接頭+隨鉆測量,可變徑穩(wěn)定器+井下彎馬達(dá)+MWD/LWD,3、旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井,井下旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng),,滑動導(dǎo)向不連續(xù)軌跡控制,旋轉(zhuǎn)導(dǎo)

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

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

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

21、大多只能稱為隨鉆地質(zhì)參數(shù)測量，通過地面對比分析，用于導(dǎo)向鉆井作業(yè)。 真正意義上的地質(zhì)導(dǎo)向應(yīng)該是地質(zhì)參數(shù)隨鉆測量配合閉環(huán)旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)應(yīng)用，能夠?qū)崿F(xiàn)地質(zhì)參數(shù)的測量、自動處理及與地質(zhì)模型對比，并自動產(chǎn)生導(dǎo)向指令，用于指導(dǎo)導(dǎo)向鉆井作業(yè)。 在目前油氣勘探開發(fā)形勢下，旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)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(shù)；另外從開發(fā)難度上講，旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)較地質(zhì)導(dǎo)向系統(tǒng)易于實(shí)現(xiàn)。 地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)配合旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向技術(shù)所形成的旋轉(zhuǎn)地質(zhì)導(dǎo)向鉆井

22、技術(shù)是鉆井技術(shù)的更高境界，應(yīng)該作為在旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向技術(shù)成熟的基礎(chǔ)上進(jìn)一步擴(kuò)展的目標(biāo)。,四、勝利油田導(dǎo)向鉆井研究思路,1、前期研究基礎(chǔ)： 從“七五”開始，先后進(jìn)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(shù)的攻關(guān)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(shù)。初步形成了分支井、大位移井鉆井技術(shù)。 先后引進(jìn)了有線隨鉆、無線隨鉆及帶4項(xiàng)地質(zhì)參數(shù)的FEWD無線隨鉆測斜儀，并得到了廣泛應(yīng)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(nèi)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(shù),“七、五”項(xiàng)目完成以后，該項(xiàng)技術(shù)得到了大面積推廣應(yīng)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(fù)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(dān)完成了國家重點(diǎn)攻關(guān)項(xiàng)目“定向井、叢式井鉆井技術(shù)研究”，并獲得了國家科技進(jìn)步一等獎，石油天然氣總公司科技進(jìn)步特等獎。,水平井技術(shù),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(nèi)已完成近200口水平井，占國內(nèi)完成總數(shù)的2/3，已經(jīng)形成了年產(chǎn)53萬噸的生產(chǎn)能力，并以每年50多口的速度增加， 2000年所鉆水平井當(dāng)年建成產(chǎn)能13萬余噸，成為勝利油田穩(wěn)產(chǎn)的重要手段之一。2000年開始在卡塔爾進(jìn)行水平井技術(shù)服務(wù)，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(nèi),而產(chǎn)量達(dá)到3--5倍。目前正在利用帶地質(zhì)參數(shù)的FEWD組織對薄油層的水平井攻關(guān)

25、，以求有新的突破。,套管開窗側(cè)鉆短半徑水平井技術(shù),該項(xiàng)目是“九五”完成的國家項(xiàng)目。形成了五大配套技術(shù)，取得了27項(xiàng)重大成果。至2000年，在不同類型的油氣藏中完成各類側(cè)鉆水平井19口。已投產(chǎn)的側(cè)鉆水平井日產(chǎn)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(shù)每年完成側(cè)鉆定向井、水平井 150余口，每年新增產(chǎn)量24萬噸以上。,分支井技術(shù),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(jì)劃鉆進(jìn)一口三分支水平井,大位移井技術(shù),2000年3月，勝利油田利用引進(jìn)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(dǎo)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(shù)現(xiàn)狀，從油田實(shí)際需

27、要出發(fā)，我們計(jì)劃開展旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)的攻關(guān)研究，計(jì)劃將旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)作為主攻目標(biāo)，地質(zhì)參數(shù)隨鉆測量技術(shù)作為輔助手段。,技術(shù)路線：“根據(jù)實(shí)際需要制訂研究目標(biāo)，開發(fā)研究與應(yīng)用研究相結(jié)合；產(chǎn)、學(xué)、研聯(lián)合攻關(guān)，形成系列技術(shù)” 根據(jù)勝利油田實(shí)際需要，開發(fā)研究遙控變徑穩(wěn)定器和調(diào)制式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)及地質(zhì)導(dǎo)向、雙向通訊、地面監(jiān)控等軟硬件，形成完整的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)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(dǎo)向鉆井需要。

28、采取邊研究，邊應(yīng)用，開發(fā)研究與應(yīng)用研究相結(jié)合的路線。成熟技術(shù)盡快投入現(xiàn)場應(yīng)用，高新技術(shù)形成技術(shù)儲備。 根據(jù)該項(xiàng)目研究難度大、投入高、風(fēng)險大的特點(diǎn)，必須走“產(chǎn)、學(xué)、研”聯(lián)合攻關(guān)的研究路線。勝利油田作為牽頭單位，制訂研究目標(biāo)、研究計(jì)劃和整體研究方案；關(guān)鍵技術(shù)和理論研究及室內(nèi)試驗(yàn)方面與大專院校和研究院所合作進(jìn)行。,勝利油田導(dǎo)向鉆井研究思路,五、幾點(diǎn)認(rèn)識,1、旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)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(fù)雜油氣藏儲量難