旋转导向+地质导向+水平井工具仪器介绍ppt课件

向中石油集团公司领导专家学习 SSTESS 水平井工具仪器 一 测量仪器发展历程二 几何导向井下工具仪器三 地质导向井下工具仪器四 案例1 FEWD应用于胜利油田水平井开发五 案例2 FEWD应用于哈得逊油田薄层水平井开发六 案例3 FEWD应用于磨152H井施工 内容 水平井仪器工具 一 测量仪器发展历程 1 测量的基本概念 测量的定义 测量是指用仪器确定空间 时间 温度 速度 功能等的有关数值 石油钻井过程中的测量属于工程测量的一种类型 从物理意义上讲 测量井下钻具的工具面角 即为井下钻具定向或测量井眼的轨迹均属于空间姿态的测量 由于石油钻井工程的特殊性使得这一测量过程必须借助专门的工具和仪器 采取间接测量的方法来完成 目前 石油钻井过程中的测量需要借助三种媒介 即大地的重力场 大地磁场和天体坐标系 由此产生了与这三种测量媒介有关的测量仪器元器件 测量仪器发展历程 A 借助于重力场测量井斜角或高边工具面 采用的测量元件为测角器 罗盘重锤或重力加速度计等 这类仪器的测量基准是测点与地心的连线 即铅垂线 主要测取井斜角B 借助于地磁场测量方位角或磁性工具面 采用的测量元件为罗盘或磁通门等 这类仪器的测量基准是磁性北极 所以磁性仪器测量的方位角数据必须根据当地的磁偏角修正成真北极 即地理北极的数据 主要测取方位角C 借助于天体坐标系测量方位角或磁性工具面 采用的测量元件为陀螺仪 陀螺仪为惯性测量仪器 不以地球上任何一点为基准 这类仪器下井测量之前必须对陀螺仪的自转轴进行地理北极的方位标定 测量仪器发展历程 2 测量仪器发展历程 1 国外测量仪器的发展 测量仪器发展历程 2 国内测量仪器的发展 测量仪器发展历程 上个世纪30年代 国外就开始研究随钻地质测量仪器 到60年代初期 由ARPS公司和LANEWELLS公司联合研制出了自然伽玛和电阻率随钻测井仪器 由于遥测技术没有发展成熟 井下工具性能受到限制 钻井工艺落后 该技术没有获得广泛推广 仅在有限的几口井中投入使用 但为以后随钻地质测量仪器的发展奠定了基础 60年代后期到70年代 人们认识到了随钻测量技术在钻井工业中的重要地位 开始重点研制井下遥测系统 先后开发出了有线随钻测量仪器 SST 和无线随钻测量仪器 MWD 特别是无线随钻测量技术 为以后随钻地质测量仪器的发展打下了坚实的基础 80年代初期 研究出具有商业应用价值的随钻地质测量仪器 为导向钻井 大斜度井 水平井的发展打下了基础 此后 伴随具有商业应用价值的地质导向仪器和工具的出现 随钻地质测量仪器开始大规模应用于生产 3 地质导向仪器发展过程 测量仪器发展历程 4 SPERRY SUN公司 SPERRY SUN公司 现在属于HALLIBURTON公司 是一家综合性的钻井技术服务公司 该公司率先采用短无磁钻铤测量方法1968年在世界上首次推出有线随钻测量仪器1983年首家推出具有商业应用价值的电磁波感应电阻率随钻测井工具1986年首家推出具有商业应用价值的中子孔隙度随钻测井工具1988年首家推出具有商业应用价值的地层密度随钻测井工具1992年首家推出具有商业应用价值的四极多深度随钻电阻率测井工具1994年首家推出具有商业应用价值的4 3 4 随钻测井工具1996年首家推出具有商业应用价值的随钻声波测井工具 测量仪器发展历程 5 目前的技术水平90年代 地质导向钻井技术进入了大规模应用阶段 各种功能全面 性能优良 能满足各种井眼尺寸随钻施工的新型随钻地质测量仪器相继出现 目前 已完全可以取代电缆测井 目前已开发出的随钻地质导向测井工具包括 自然伽玛电阻率岩石密度孔隙度井径井底压力声波测井核磁成像等 测量仪器发展历程 6 国内无线随钻测量仪器配备现状 测量仪器发展历程 目前国内配备的MWD包括 斯派里森公司MWD通用公司QDT MWD科学钻井SDI MWD北京海蓝YST 48X英国吉奥林公司Orienteer哈里伯顿公司的探路者系统 斯伦贝谢SLIM ONE贝克休斯公司Navi Gator 7 国内地质导向无线随钻测量仪器配备现状 测量仪器发展历程 目前国内配备的MWD主要包括 斯派里森公司FEWD英国吉奥林公司Orienteer贝克休斯公司Navi TRACK 8 国内在用的几种进口地质参数仪器对比 测量仪器发展历程 8 国内在用的几种进口地质参数仪器对比 测量仪器发展历程 二 导向 几何 井下仪器工具 导向 几何 井下仪器工具 几何导向钻井井下钻具主要由导向仪器 井下导向工具和配套工具组成 导向仪器主要是只提供定向参数的测量仪器 导向仪器主要为MWD 但在我国由于各种因素的限制 目前部分油田仍然将SST作为导向钻井的主要仪器 因此结合我国的国情 将SST也作为导向仪器加以介绍 导向工具主要是井下动力钻具 可变径稳定器和配套工具组成 1 概述 2 导向常用井下钻具组合 导向 几何 井下仪器工具 3 1有线随钻测量仪有线随钻测量仪采用单芯铠装电缆传输数据 整个系统主要由5部分组成 地面数据处理系统井下仪器总成地面数据显示系统电缆操作设备辅助作业工具 3 导向测量仪器 导向 几何 井下仪器工具 3 1 1有线随钻主要工作原理系统进入工作状态后 地面数据处理系统给井下仪器通过电缆供电 井下仪器完成对数据的实时采集后 按一定格式对数据编码 然后通过电缆将编码后的数据以脉冲信号的形式传送至地面 地面数据处理系统对井下仪器传送上来的脉冲信号解码 处理 计算 并将数据实时向钻台上的数据显示系统司钻阅读器发送 实现随钻施工 有线随钻测量仪器工作原理图 3 导向测量仪器 导向 几何 井下仪器工具 3 1 2有线随钻测量仪器 SST SST全称为STEERINGSURVEYTOOL 是美国SPERRY SUN公司生产的一种有线随钻测量仪器 普遍应用于定向井的井身轨迹随钻测量施工 同时具有磁扫描功能 错误和状态诊断功能 SST利用重力加速度计和磁通门分别感应地球的重力场和地磁场来测取井斜角和井斜方位角 并可测取大地磁场参数和井下温度 通过单芯铠装电缆为井下仪器供电并作为信号传输通道把井下探管测的信号传到地面 3 导向测量仪器 导向 几何 井下仪器工具 SST系列及规范 3 导向测量仪器 3 1 2有线随钻测量仪器 SST 导向 几何 井下仪器工具 MS3是美国SPERRY SUN公司生产的一种组合式随钻测量仪器 可以进行有线随钻测量 也可进行单 多点测量 具有磁扫描功能 错误和状态诊断功能 MS3利用重力加速度计和磁通门分别感应地球的重力场和地磁场来测取井斜角和井斜方位角 并可测取大地磁场参数和井下温度 通过单芯铠装电缆为井下仪器供电并作为信号传输通道把井下探管测的信号传到地面 MS3作为电子单 多点时 可以在起下钻过程中实现全井或部分井段的静态测量 3 1 3有线随钻测量仪器 MS3 3 导向测量仪器 导向 几何 井下仪器工具 MS3技术规范 3 导向测量仪器 3 1 3有线随钻测量仪器 MS3 导向 几何 井下仪器工具 YST是北京海蓝科技有限公司生产的一种有线随钻测量仪器 普遍应用于普通定向井的井身轨迹随钻测量施工 YST探管最下端是重力加速度计 磁通门和温度传感器 三个重力加速度计感受重力加速度在三个方向上的分量 磁通门感应大地磁场 温度传感器探测井下温度 分别得到井斜角 井斜方位角 工具面角和温度 3 1 4有线随钻测量仪器 YST 3 导向测量仪器 导向 几何 井下仪器工具 YST技术规范 3 1 4有线随钻测量仪器 YST 3 导向测量仪器 导向 几何 井下仪器工具 3 2无线随钻测量仪MWD无线随钻测量仪MWD主要由五部分组成 即地面数据处理系统地面检波系统地面数据显示系统井下仪器总成辅助设备 3 导向测量仪器 导向 几何 井下仪器工具 3 2 1无线随钻主要工作原理主要工作原理为 井下仪器利用自备发电机或电池供电 系统进入工作状态后 井下仪器开始采集数据并按一定格式对数据编码 然后泥浆介质或地层介质将编码后的数据以泥浆压力脉冲或电磁波的形式传送至地面 地面检波系统自动检测来自井下的数据并将数据传送到地面数据处理系统 地面数据处理系统对地面检波系统传送来的信号解码 处理 计算后 得到井下仪器的测量数据 并将数据实时向钻台上的数据显示系统发送 实现随钻施工 有线随钻测量仪器工作原理图 3 导向测量仪器 导向 几何 井下仪器工具 3 2 3无线随钻测量仪器 MWD DWD无线随钻测量仪器QDT无线随钻测量仪器SDI无线随钻测量仪器YST 48X无线随钻测量仪器 导向 几何 井下仪器工具 3 2 4无线随钻测量仪器 DWD 简介DWD无线随钻测斜仪是美国SPERRY SUN公司生产无线随钻测量仪器 主要应用于定向井 水平井的井身轨迹随钻测量施工 工作原理DWD利用泥浆正脉冲传输信号 井下仪器自备发电机 以泥浆为动力 为探管供电 上端连接一液压泵 为脉冲发生器提供能量 泥浆从孔板与蘑菇头形成的环形空间内流过 通过蘑菇头的上 下往复运动形成正压力脉冲 地面上传感器检测来自井下的泥浆脉冲信息 通过计算机处理后得到井眼轨迹数据 导向 几何 井下仪器工具 技术规范 3 2 4无线随钻测量仪器 DWD 导向 几何 井下仪器工具 作业环境 3 2 4无线随钻测量仪器 DWD 导向 几何 井下仪器工具 Super slim 5 7 12 6 350 9 5 22 1 650 14 2 41 1200 22 1 75 7 3 2 5无线随钻测量仪器 QDT 简介QDT无线随钻测斜仪主要应用于定向井 水平井的井身轨迹随钻测量施工 锂电池供电 可以进行自然伽玛测量 工作原理QDT利用泥浆正脉冲方式传输信号 利用锂电池为探管供电 泥浆从孔板与蘑菇头形成的环形空间内流过 当有信号传输时 蘑菇头伸出 停一下 然后回到原位 蘑菇头伸长堵住了部分泥浆通道 压力升高 产生瞬时正压力脉冲 地面上的泥浆压力传感器检测来自井下的泥浆脉冲信息 通过计算机处理后得到井斜角 井斜方位角 工具面及其它信息 不发射脉冲 发射脉冲 导向 几何 井下仪器工具 技术规范 3 2 5无线随钻测量仪器 QDT 导向 几何 井下仪器工具 施工环境 3 2 5无线随钻测量仪器 QDT 导向 几何 井下仪器工具 SDIMWD由井下仪器和地面设备两大部分组成 井下仪器包括探管 锂电池短节 MWD控制器 脉冲发生器驱动器 脉冲发生器等 地面设备包括控制箱MSI 编程电源 深度显示器 司钻阅读器 压力传感器 泵传感器等 3 2 6无线随钻测量仪器 SDI 导向 几何 井下仪器工具 脉冲发生器工作原理 泥浆流过控制阀未动作 产生脉冲 控制阀打开 导向 几何 井下仪器工具 强有力的主弹簧推动蘑菇头轴 一直试图关闭该阀 蘑菇头阀处于关的位置 钻井液推动驱动活塞下移 推动主蘑菇头下移 允许泥浆通过 驱动活塞两端压力相同 贯穿蘑菇头总成有一个通道 连通脉冲发生器顶部与驱动活塞下部 驱动活塞下部的截面积比蘑菇头阀座的大 技术规范 3 2 6无线随钻测量仪器 SDI 导向 几何 井下仪器工具 3 2 7无线随钻测量仪器 YST 48X 导向 几何 井下仪器工具 YST 48X型无线随钻测斜仪是一种正脉冲的测斜仪 其利用控制循环管柱中泥浆压力将测量参数传输到地面 不需要电缆连接 无需缆车等专用设备 具有活动部件少 使用方便 维修简单等优点 其井下部分是模块状组成并具有柔性 可以满足短半径造斜需要 其外径为48毫米 适用于各种尺寸的井眼 而且整套井下仪器可以打捞 系统精度 3 2 7无线随钻测量仪器 YST 48X 导向 几何 井下仪器工具 3 2 9有线随钻 无线随钻施工效果对比 导向 几何 井下仪器工具 导向工具主要是动力钻具和可调径稳定器 如下图所示 配套工具包括高性能钻头 无磁钻杆 井下仪器MWD悬挂短节 无磁钻铤 短无磁钻铤 钻铤 短钻铤 加重钻杆 斜台阶钻杆 井下加力器 震击器 扶正器 单向阀和其它无磁 非无磁配合接头等 有时还需要配备定向接头 弯接头 4 导向工具 导向 几何 井下仪器工具 三 地质导向井下仪器工具 地质导向井下仪器工具 几何导向技术在提高定向井钻井速度 缩短建井周期 精确控制轨迹走向方面发挥了积极的作用 但该钻井技术不能确保轨迹一直在产层中穿行 在碰到意外地质变化的情况下仍需要借助电测仪器来确定真实的目的层或重新评价其开发价值 因此 该技术存在一定的局限性 随着钻井技术的不断发展和人们对现场施工的要求不断提高 钻井技术人员不能再单单依靠常规导向方法 而需要地质参数来辅助几何导向 1 前言 地质导向井下钻具主要由地质导向仪器 地质导向工具和配套工具共同组成 地质导向仪器由MWD和带地质参数的传感器组成 地质导向工具主要是指能实现井下地质导向施工的工具 主要是井下动力钻具 和几何导向相比 地质导向工具的性能更高 范围也更广 如可调弯壳体 近钻头井斜伽玛传感器等 地质导向仪器实时提供轨迹控制所需要的工程 地质数据 井下导向工具更精确地实现轨迹的控制 2 地质导向井下钻具的构成 地质导向井下仪器工具 2 1地质导向钻井技术常用钻具组合钻头 马达 单向阀 LWD地质短接 无磁钻杆 转换接头 震击器 转换接头 钻杆 斜台阶或普通 加重钻杆 上部钻具 如图A和图B所示 图A带四种地质测量仪器的地质导向钻具组合 图B带二种地质测量仪器的地质导向钻具组合 该钻具组合是现场使用比较多的使用动力钻具的钻具组合结构 在地质导向钻井施工中最常见 图B是图A的简化钻具组合 由于只采用两种地质仪器 钻具结构简化 刚性减弱 在施工过程中既满足了实时地质评价的需要 又提高了施工安全 该钻具组合也是经常使用 地质导向井下仪器工具 2 2地质导向钻井技术常用钻具组合钻头 可调径稳定器 单向阀 LWD短接 无磁钻杆 转换接头 震击器 转换接头 钻杆 斜台阶或普通 加重钻杆 上部钻具 如图所示 带四种地质测量仪器的地质导向钻具组合 该钻具组合是比较常用的不带动力钻具的井下地质导向钻具结构 常用于稳斜段 水平井水平段施工 地质导向井下仪器工具 2 3地质导向钻井技术常用钻具组合钻头 带地质测量仪器的动力钻具 LWD地质短接 无磁钻杆 转换接头 震击器 转换接头 钻杆 斜台阶或普通 加重钻杆 上部钻具 如图所示 该钻具组合使用了带地质仪器的动力钻具和井径 地层压力 温度测井仪 这样使实时地质参数更接近钻头 利用井径数据对测量的地质数据进行校正 使得测量结果准确 还可利用地层压力 地层温度参数对地层进行评价 同时也增加了施工的安全 带地质测量仪的动力钻具所组成的简化地质导向钻具组合 地质导向井下仪器工具 2 4地质导向钻井技术常用钻具组合钻头 带地质测量仪器的动力钻具 LWD地质短接 无磁钻杆 转换接头 震击器 转换接头 钻杆 斜台阶或普通 加重钻杆 上部钻具 如图所示 该钻具组合采用声波传感器 不使用地层密度和中子孔隙度参数就可实现对地层的全面评价 地质导向井下仪器工具 带声波测井仪的地质导向钻具组合 LWD是国际上九十年代发展起来的一种先进的随钻测量仪器 它将地质参数测量与井身轨迹控制测量组合在一起 可以提供地质参数的随钻测量 使现场地质师可以及时的获取准确的地质资料 对地质变化作准确 及时的判断和预报 配合工程施工 对井身轨迹进行及时的调整 保证井眼的准确命中储层并穿行于储层中有利于开采的最佳位置 完成地质导向施工 3 地质参数随钻测量仪 LWD 地质导向井下仪器工具 可实现地质资料的随钻测量 获得的地质资料及时 准确 地层暴露时间短 地层未受泥浆侵入 模块化设计 可根据现场需要 采用不同的传感器组合 可扩展性 随技术进步和现场的需要 可以添加新的传感器 特点 地质参数随钻测量仪 LWD 地质导向井下仪器工具 伽玛传感器 DGR传感器采用双向伽玛测量技术 双向自然咖玛传感器包含有两组伽马射线探测器 每组由8根22 9mm长的盖革 米勒计数管组成 16根计数管在仪器周围按360度排列 两组探测器捕获的地层自然伽玛射线计数 地层中的放射性元素主要有钾 钍 铀 钾和钍存在于页岩和粘土矿物 伊利石 高岭石 蒙脱石 中 传感器将记数捕获的自然咖玛的原始计数转换成API标准计数 经过平均计算后合成咖玛测井曲线 这种结构可以在有一组探测器失效的情况下 仍可以保证获得可靠的伽玛计数 地质参数随钻测量仪 LWD 地质导向井下仪器工具 DGR传感器主要技术参数 伽玛传感器 地质参数随钻测量仪 LWD 地质导向井下仪器工具 地质参数随钻测量仪 LWD 伽玛传感器 主要应用a 划分岩性并确定地层界面b 进行地层物性的初步评价c 水平井钻进时 根据曲线变化可以预告地层变化 地质导向井下仪器工具 电阻率传感器 地质参数随钻测量仪 LWD SPERRY SUN公司的EWR Phase4电磁波电阻率传感器采用独有的四相位测量技术 具有高精度 高灵敏度和可靠性好的特点 仪器由四个发射器和两个接受器组成 通过测量每一组传感器和接受器之间的相位差和波幅衰减 可以绘制出八条不同探测深度 极浅 浅 深 极深 的电阻率曲线 相位差和对应的波幅衰减经过组合 可以得到组合电阻率曲线 CPA 地质导向井下仪器工具 地质参数随钻测量仪 LWD 电阻率传感器 地质导向井下仪器工具 电阻率传感器 地质参数随钻测量仪 LWD 技术参数 地质导向井下仪器工具 地质参数随钻测量仪 LWD 主要应用a 利用地层的电阻率差异区分油水界面或其他液相界面 b 配合咖玛测量数据 可预告地层变化 回避油水界面 c 结合咖玛数据 进行地层物性的初步评价 d 水平井钻进时 根据曲线变化可以预告地层变化 电阻率传感器 地质导向井下仪器工具 原理补偿中子孔隙度测井传感器采用Am241 Be作为中子源 Am241在衰变过程中产生 粒子 粒子轰击Be 产生平均能量为4MeV的中子 中子在放射源附近与地层中的氢原子发生弹性散射减速为热中子后 很快被岩石中的其它原子核俘获 放出中子 射线 中子 射线的有效运行距离约为12 而传感器设计的放射源至盖革 米勒计数管之间的距离为14 因此在放射源附近和地层中的氢原子发生弹性散射的中子变成热中子后 很快被岩石中的其它原子核俘获 放出中子 射线在没有到达盖革 米勒计数管之前就已经消失 这时探测器检测到的 射线是没有和氢原子发生弹性散射的中子经过长距离的运行后 到达探测器附近被其它原子俘获后释放的 射线 由此可见 传感器盖革 米勒计数器检测到的中子 射线的强度取决于地层中的含氢量 地层中含氢量越大 在放射源附近被俘获的中子越多 到达 探测器的 射线的强度值越低 地层的孔隙度高 反之氢含量越小 在放射源附近被俘获的中子越少 到达 探测器的 射线的强度值越高 地层的孔隙度低 补偿中子孔隙度测井传感器上装有远 近两个探测 射线的探测器 该探测器组通过测量到达探测器的中子 射线的分布情况 从而统计 计算出地层的孔隙度 地质参数随钻测量仪 LWD 补偿中子孔隙度传感器 地质导向井下仪器工具 补偿中子孔隙度传感器 地质参数随钻测量仪 LWD 地质导向井下仪器工具 主要技术参数 地质参数随钻测量仪 LWD 地质导向井下仪器工具 地质参数随钻测量仪 LWD 补偿中子孔隙度传感器 主要应用 A 确定地层的岩性 B 与DGR测量参数一起 划分油 气层界面和油 气层厚度 C 确定地层的孔隙度D 对孔隙压力进行正确评估 准确预测高压 回避钻井风险 地质导向井下仪器工具 地质参数随钻测量仪 LWD 岩石密度测井传感器采用铯 137 Cs 137 作为 射线放射源 在放射源附近 有近 远两个低密度窗口 窗口内有各自的 射线探测器 闪烁记数器 铯 137发射 射线 射线经过一段距离的运行后 到达密度窗口 密度窗口允许地层反射回来的 射线进入 并引发内部闪烁计数器对 射线进行计数 由于闪烁记数器具有区别 射线能量级的功能 因而可以获得的在不同能窗范围内的计数 从而统计 计算出所测岩石的密度值和光电值 再采用 脊 肋 校正技术 对近 远两个探测器测取的密度值进行校正 最终得到岩石真实密度值 岩石密度传感器 地质导向井下仪器工具 地质参数随钻测量仪 LWD 技术参数 主要应用 A 确定岩层的密度及地层的孔隙度 B 与中子孔隙测井曲线对比分析 区分油 气界面 划分油 气层厚度 C 有效预测异常高压地层 实现风险回避 地质导向井下仪器工具 1 实时随钻测井 FEWD地质评价无线随钻测量系统综合应用 1 随钻测井 伽吗曲线 电阻率曲线 孔隙度曲线 密度曲线 2 精确的轨迹控制 确定标志层 卡好油层界面 地质导向井下仪器工具 2 分辨地层 确定地层岩性 泥砂 砂泥岩含量评价 地质导向井下仪器工具 根据DGR测井曲线可以对泥岩含量进行评价 具体的计算方法为 Vsh GRsh Grzone GRsh Grclean GRsh 泥岩基准线读数Grzone 产层读数GRclean 纯砂岩读数上图中 泥岩的基准线读数GRsh为85API 砂岩的基准线GRclean为47API 而A点处的伽玛读数Grzone为60API 这样 B点泥砂含量为65 7 地质导向井下仪器工具 3 分辨油 气 水层以及油 气 油 水界面 地质导向井下仪器工具 4 判断储层位置 准确进行地质评价 备注 桩1 平5井垂深下移2米 此图显示的是实际实时测量曲线 地质导向井下仪器工具 5 预测轨迹在油层中行进的情况 实时指导钻井施工 地质导向井下仪器工具 5 预测轨迹在油层中行进的情况 实时指导钻井施工 地质导向井下仪器工具 6 预测高压地层回避钻井风险 存在异常高压情况下的地层压力 电阻率变化趋势图 地质导向井下仪器工具 7 分辩薄的油气层 有效开发地下油气资源 地质导向井下仪器工具 8 根据地层侵入带 冲蚀带和纯地层的电阻率 评价岩性 地质导向井下仪器工具 FEWD测井曲线与电缆测井曲线吻合 哈得4油田HD1 1井伽玛及电阻率对比曲线 地质导向井下仪器工具 9 取消中途及完井电测 节约钻井投资 提高施工效率 地质导向钻井工具 地质导向井下仪器工具 FEWD应用于胜利油田水平井开发 五 案例1 FEWD应用于胜利油田水平井开发 FEWD应用于胜利油田水平井开发 自1990年在埕东油田完成了第一口水平井埕科1井后 胜利油田已经先后完成水平井400余口 取得了巨大的经济效益 长期实践表明 利用普通测量仪器进行水平井施工时 存在着一定的缺陷 设计的靶区经常不能与实际情况相吻合 进目的层卡层时需要中途测井才能确定 这在一定程度上延长了建井周期 增加了钻井费用 在水平段钻进时因不能根据井下油层情况及时调整井身轨迹 而钻出油层外 从而降低油层穿透率 在有底水的油层还容易钻入水层 3口没有用FEWD完成的水平井轨迹之一 FEWD应用于胜利油田水平井开发 本井的目的层位为沙二W3 根据地质录井分析2858m钻遇泥岩 降斜钻进至2958m 未钻遇目的层完钻 B靶设计垂深2533 25m 实钻2537 83m 预计2542m 实际比设计深8 75米 3口没有用FEWD完成的水平井轨迹之二 FEWD应用于胜利油田水平井开发 本井的目的层位为沙二下3 根据地质录井和中间测井分析 目的层油层顶垂深A靶的位置比设计浅1 67m B靶设计垂深1735 25m 实钻1732 93m 实际比设计浅2 82米 3口没有用FEWD完成的水平井轨迹之三 FEWD应用于胜利油田水平井开发 本井的目的层位为沙二W2 油层厚度7米 为典型的底水油藏 中间测井对比分析认为 A靶点钻入目的层顶部 原设计向B点方向为高点 经讨论决定按原设计施工 施工过程中两次现场落实钻入油层不明显 分别降1m施工 完钻测井分析 水平段钻遇泥质砂岩 不含油 决定填井 A靶垂深改为2166m 2163 2 B靶垂深改为2169m 2163 2 第二个井眼钻到A靶点经落实未钻遇油层 又决定降至2168m施工 1999年下半年 引进FEWD地质评价无线随钻测量系统 通过现场测试性施工后 在桩1 平5和埕北21 平1进行了试验 获得成功 所测取的地质参数曲线与测井曲线进行对比吻合 满足钻井过程油藏分析要求 2000年10月投入薄油层开发水平井的施工 在胜利油田完成薄油藏及边底水油藏水平井32口 油层穿透率平均达85 以上 取得了良好的经济效益 利用FEWD获得的测井资料经与邻井电缆测井资料对比 提高了油层钻穿率 FEWD应用于胜利油田水平井开发 FEWD应用于胜利油田水平井开发 2000 2002年 与地质部门合作 完成了中国石化集团公司重点项目 已开发油田水平井地质设计及薄油层水平井钻井技术 并获国家科技进步二等奖 取得巨大的经济效益和社会效益 2003年1月进入大规模推广应用 胜利油田利用FEWD完成营31 平1和营31 平2井以来 在开发薄油层 边底水油藏等难动用储量方面做了大量工作 FEWD测量施工工艺日益成熟 极大的提高了开发速度 提高了油藏的采收率 FEWD应用于胜利油田水平井开发 FEWD完成的工作量及应用领域 累计完成183口水平井 胜利油田五号桩地区由于长期开发 已经进入了高含水期 剩余油层较薄 长期注水开采 油藏呈现出严重的非均质状态 造成油层不稳定 桩1 平5井是在五号桩地区桩1断块布置的一口开发水平井 配合地质导向钻井技术钻进 以控制轨迹准确着陆于可开采油层 确保轨迹穿行于油顶部上下1米的范围内的最佳位置 实现该井快速钻进 以达到回避风险 改善开发效果 提高施工效益的目的 FEWD应用于胜利油田水平井开发 现场应用1 FEWD应用于桩1 平5井施工 根据施工需要 采用不同的地质仪器组合施工 由于DGR EWR能满足地层界面区分 油水层区分的需要 因此在造斜段采用该仪器组合 水平段施工 为了确定断层岩性变化情况 采用DGR EWR CN SLD地质仪器组合施工 现场应用1 FEWD应用于桩1 平5井施工 FEWD应用于胜利油田水平井开发 根据实时地质参数调整轨迹位置 桩5 平1井由于地质构造复杂 目的垂深不明确 在轨迹控制过程中 当井深按设计钻进至1689 64m 井底垂深为1571 22m时 从FEWD实时测井曲线上未发现油气显示的迹象 控制井斜继续钻井 当钻进至井深1699 31m 垂深为1572 65m时 地层的电阻率明显偏高 DGR值降低 ROP升高 由此判断钻头已经钻遇储层 实际目的层顶界垂深比设计深2米 为1573 36 1577 18m之间 水平段钻进过程中 根据FEWD实时地质参数 始终控制轨迹在垂深为1573 36 1577 18m之间的油层内穿行 取得了良好的效果 现场应用1 FEWD应用于桩1 平5井施工 FEWD应用于胜利油田水平井开发 桩1 平5井实钻轨迹示意图 FEWD应用于胜利油田水平井开发 桩1 平5井实时 与邻井电缆测井结果对比 桩1 平6 营31断块是一典型的断块油藏 位于胜利油田东营穹隆背斜南翼 三面有断层 下有底水 油层厚度不足2米 且地质情况不明朗 北 东 西三面的断层 造成了油层位置的不确定 在前期的开发设计中无法给出准确的目的层位置和深度 而下部的底水一旦在开发过程中被钻穿 会破坏被开发的油层 该构造原含油面积0 9平方公里 石油地质储量87万吨 已累计产油25 6万吨 剩余可采储量为8 3万吨 FEWD应用于胜利油田水平井开发 现场应用2 FEWD应用于营31断块水平井施工 为了提高该构造高部位储量的动用程度 决定利用水平井控制面积较大的优势 利用营31 平1井 营31 平2井完成该构造薄油层剩余储量的开发 钻井施工过程中 采用地质导向技术钻进 以避开高压水锥和水层 改善开发效果 提高采收率 FEWD应用于胜利油田水平井开发 现场应用2 FEWD应用于营31断块水平井施工 营31 平1井施工中实际油层比设计油层下移5 49米 水平段倾角与设计有变化 利用地质导向技术 及时发现了上述变化 在实现轨迹精确调整 控制的同时 也探明了该区块的地质结构 利用3趟钻完成造斜 水平段施工 钻透薄油层110米 完井后试油获日产26吨的良好效果 FEWD应用于胜利油田水平井开发 现场应用2 FEWD应用于营31断块水平井施工 电阻率升高 进入产层 1818m TVD1628 9m 1850m TVD1629 8m 伽玛 电阻率 FEWD应用于胜利油田水平井开发 现场应用2 FEWD应用于营31断块水平井施工 营31 平1井 2001年10月7日开钻 10月18日完钻 开发油藏厚度1m 水平段长116m 钻穿油层率100 FEWD应用于胜利油田水平井开发 设计A垂深 1624 30 实际 1628 03设计B垂深 1629 30 实际 1634 74 营31 平2井 11月27日开钻 12月21日完钻 开发油藏厚度0 9m 水平段长269m 钻穿油层率85 FEWD应用于胜利油田水平井开发 目的层油层顶垂深B靶点比设计深7 73mC靶点比设计深8 58mD靶点比设计深6 36m FEWD应用于胜利油田水平井开发 桩1块西与桩52断块相邻 以桩15 桩19断层为界 东与桩11断块相接 北为渤海海域 桩1块的主要含油层系为上第三系馆陶组上段 为河流相沉积 岩性以粉细砂岩为主 泥质胶结疏松 油层易出砂 桩1 平11井位于桩1块的高部位 复杂的地质条件 形成了目的层独特地质构造特点 三面有断层 下有底水 且地质情况不明朗 南 东 西三面的断层 造成了油层位置的不确定 在前期的开发设计中无法给出准确的目的层位置和深度 而下部的底水一旦在开发过程中被钻穿 会破坏被开发的油层 1 桩1 平11井地质情况 现场应用3 FEWD应用于桩1 平11井施工 FEWD应用于胜利油田水平井开发 钻具组合与钻井参数桩1 平11井第一增斜段首先采用普通MWD仪器定向钻进 在井深1445 65m井斜45度时起钻 下入FEWD仪器导向钻进 FEWD仪器用DGR与EWR传感器 钻具组合如下 244 5mm三牙轮钻头 197mm井下动力钻具 172mmFEWD井下仪器 172mmDWD悬挂短节 127mm无磁承压钻杆 127mm加重钻杆 127mm钻杆 钻井参数 钻压50KN排量32L S转盘转速60转 分泥浆比重1 18泵压11MPa 现场应用3 FEWD应用于桩1 平11井施工 FEWD应用于胜利油田水平井开发 接近目的层的施工在接近目的层以前没有标志层的情况下 钻进目的层难度非常大 A点的设计是斜深1656 54m 垂深1530 1m 在第三增斜段斜深1620m时以井斜85 稳斜钻进 现场施工人员与地质师对DGR与EWR两条实时曲线的对比对地层进行分析 寻找油层 DGR的探测半径是300mm 其测点距钻头是7 74m EWR的探测深度是762mm 其测点距钻头10 11m 所以在钻头接近油层时 EWR首先有反应并且电阻值升高 在钻进斜深1642m时 电阻值由2 3ohm meter开始升高 从而判断接近油层 并且开始全力增斜 在钻进斜深1649m时电阻值已升高到4ohm meter 咖玛值由121API开始下降 此时预计钻头位置井斜89 在斜深1651m进入主力油层 电阻值16ohm meter 咖玛值75aapi左右 现场应用3 FEWD应用于桩1 平11井施工 FEWD应用于胜利油田水平井开发 接近目的层的施工 现场应用3 FEWD应用于桩1 平11井施工 进入主力油层MD 1651m 电阻率开始升高MD 1642m FEWD应用于胜利油田水平井开发 水平段的施工在斜深1651m进入油层后 运用FEWD随时监测DGR与EWR值的变化 确保水平段在油层中穿过 随时调整井眼轨迹 从斜深1651m到斜深1680m DGR值是75aapi左右 EWR值在16 18ohm metre之间 从而判断整个水平段在油层高部位穿过 达到桩1 平11井的施工要求 效益 桩1 平11井建井周期短 与桩1区同类型井比较 建井周期缩短3 4天 因应用FEWD此井从造斜点到完钻只用两趟钻 没有中途电测与对比电测 减少了起下钻次数 并且减少了油层因泥浆浸泡而受到污染 桩1 平11井产量高 与邻井或同类型水平井相比 产量与含水均好于本区同类型井 用8mm油嘴放喷 日产液50 6方 含水56 现场应用3 FEWD应用于桩1 平11井施工 FEWD应用于哈得逊油田薄层水平井开发 六 案例2 FEWD应用于哈得逊油田薄层水平井开发 由塔里木油田 胜利钻井工程技术公司 塔里木胜利钻井公司等单位于2000年8月开始 在HD1 H1井的石炭系中泥岩段薄砂层联合研究攻关 利用FEWD无线随钻测量 测井仪器来监控地层变化并对井眼轨迹及时调整 成功穿越垂深距3 8米 油层厚度分别为1米和1 5米两套油层 两个水平段总长259米 钻穿油层193米 并取得了良好的开发效果 2000年 月 日 HD 井在完井试油中 用 毫米油嘴求产 折合日产油 立方米 天然气 立方米 喜获高产工业油气流 为塔里木难动用的边际油田的开发 钻井提供了宝贵经验和技术保障 开辟了新的勘探开发领域 为双台阶超薄油藏的水平井滚动开发趟出了一条可行之路 继HD1 1井之后 胜利钻井工程技术公司在哈得1区块的双台阶薄砂层先后完成了HD1 9H井 HD1 6H井 HD1 7井 HD405井 HD1 8H井的钻井施工 均获得了成功 为开采类似油藏找到了新的途径 为今后的施工积累了宝贵经验 FEWD应用于哈得逊油田薄层水平井开发 背景 FEWD应用于哈得逊油田薄层水平井开发 开发超薄油层的技术难点 1 油层埋藏深 如何准确确定储层位置为首要的难点 因此 利用FEWD随钻地质参数导向功能 及时对下部地层进行预报和准确的判定砂 泥岩界面是首要解决的技术难题 2 利用水平井技术开采厚度不足1 5米的超薄油层 国内外没有成功经验可供借鉴 3 油层超薄 精度要求高 水平段施工中需要对井眼轨迹进行精确的地质导向 以保证其准确地穿行于油层中 轨迹波动的范围极小 4 超长裸眼 阶梯式水平井 钻进时泥浆排量偏低 井眼内岩屑床现象严重 水平段滑动钻进时传压困难 严重时无法进行滑动钻进 FEWD应用于哈得逊油田薄层水平井开发 5 油层太薄 入靶时着陆点的选择比较困难 6 在同一弯度马达的情况下 滑动导向钻进和旋转钻进长度比例关系的选择比较困难 7 地层倾角不十分明确 虽然水平段的井斜角设计为90度 但是实钻地层存在着一定的倾角 在个别井 地层变化无规律可寻 地层有时上倾有时下倾且幅度也不一样 8 在钻越油层上下界面时 导向马达造斜率无任何规律可寻 同时 在转盘钻进时井斜角的增降也无规律 FEWD应用于哈得逊油田薄层水平井开发 开发超薄油层的技术关键 1 通过已完成超薄油层井的情况看FEWD的作用已非常突出 首先钻完导眼后 根据FEWD测井曲线所定油层的位置与实钻油层位置吻合得较好 第二在水平井段的钻进中能准确地反应纯油层 进出油层 泥岩条带及纯泥岩的特性 另外随钻实时测取的地层参数比电缆测井更接近地层的真实性 因此FEWD随钻测量 测井系统是成功开发超薄油藏至关重要的手段 2 对于超薄油层的开发 从轨迹控制方面 要从几何导向的方式转换到地质导向的概念上来 使井眼轨迹最大限度地在储层的最佳位置中运行 3 加强对已完成的超薄油层水平井资料的总结分析 明确在油层厚度不一 储层物性变化的情况下FEWD电阻率 咖玛的变化情况 充分而准确的发挥FEWD测量系统的地质导向作用 FEWD应用于哈得逊油田薄层水平井开发 1 钻直导眼确定薄油层位置 利用FEWD钻下部直导眼 通过和电缆测井结果对比 确定标志性地层和薄油层的准确位置 明确实钻地层与设计的偏差 及时对靶点进行调整 由于FEWD采用自身的深度追踪系统 与钻杆的深度一致 避免了电缆测井时深度误差 使得确定的地层确定得更准确 超薄油层地质导向关键点 FEWD应用于哈得逊油田薄层水平井开发 2 根据仪器地质显示情况 调整轨迹准确入靶 哈得油田油层薄 准确地卡准目的层界面的垂深 有效确定入靶井斜角是轨迹精确进入油层的关键 利用FEWD的DGR EWR传感器对地层反映灵敏的特性 在出现地质变化前 及时调整轨迹 使实钻轨迹准确进入真实的目的层 超薄油层地质导向关键点 FEWD应用于哈得逊油田薄层水平井开发 DGR和EWR对地层的伽玛含量和电阻率反应灵敏 地层变化前 这两种传感器都有明显的界面效应 实钻过程中 当轨迹将要穿出油层或进入油层时 根据界面效应 就可及时根据需要调整轨迹 控制轨迹在油层中穿行 3 随钻轨迹监控 提高薄油层的穿透率 超薄油层地质导向关键点 FEWD应用于哈得逊油田薄层水平井开发 自然伽玛曲线利用自然伽玛曲线 能准确的划分出岩性界面 在随钻监测中 能清楚显示轨迹是否脱离油层 结合垂深 岩屑确定轨迹方向 通过几口井的资料对比 利用自然伽玛值 可定量的分析钻头进入砂岩或泥岩的深度 FEWD应用于哈得逊油田薄层水平井开发 表1钻头进入砂 泥岩深度与GR的关系表 表2钻头1 2位置在砂 泥岩界面与在纯泥岩中的GR对比的垂深差 以A C点为例分析 在斜深5111 00m 垂深5006 37m GR从140API开始下降至90API 对应的斜深5113 50m 垂深5006 57m 垂深差0 2m 该井使用的是215mm钻头钻进 垂深差接近钻头直径 见表1 钻头1 2斜深5112 00m 垂深5006 47m对应的GR为120API 这个点正好是FEWD解释的A点 见表2 在斜深5299 00m 垂深5010 33m GR从140API开始下降到90API 对应的斜深5306 00m 垂深5010 56m 垂深差0 23m 与该井使用钻头直径接近 见表1 钻头1 2斜深5301 50m 垂深5010 43m 对应的GR为120API 这个深度正好是FEWD解释的C点 见表2 FEWD应用于哈得逊油田薄层水平井开发 根据表1 表2和举例分析 钻头中线处在砂 泥岩界面时 GR为120API 若上部为泥岩 下部为砂岩 钻头在砂岩 泥岩界面之上GR多为140API 钻头在砂 泥岩界面之下紧贴砂 泥岩界面 GR值为90API 钻头全部进入砂岩 垂深与A点或C点之差大于或等于0 20m GR为70 80API 如图1 从表1 表2和图1可以看出 140API对应的垂深加0 11m和90API对应的垂深减0 11m 等于120API对应的垂深 即要确定的薄砂层面 A或C点 的准确垂深 在录井中确定的A或C点垂深是根据岩屑岩性 荧光 气测确定的 它受多种因素的影响 如迟到时间 入靶角度 钻时快慢等因素影响 是不准确的 见表1 2 A C点垂深确定了 油层轨迹就确定了 用以上方法 用在HD405H井A C点的确定和油层轨迹的控制 在地层有较大倾斜的情况下 仍取得了理想的油层有效长度 FEWD应用于哈得逊油田薄层水平井开发 电阻率值的变化预测岩性的变化哈得地区FEWD随钻油层电阻率值一般在7 8 m 但有时也受油层非均质性影响 电阻率值特别高 如HD1 9H HD1 6H井 AB段油层局部电阻率高达40 50 m HD1 6H井甚至高达70 80 m 电阻预测油层深度表 FEWD应用于哈得逊油田薄层水平井开发 除特殊井段外 一般油层电阻率都较稳定 在稳定的油层中发现电阻率开始上升就预示着轨迹可能偏离油层 电阻变化的快慢 起始井段的长短与轨迹运行的角度有关 如HD1 9H井 在5145m电阻率从9 m开始上升到10 m 自然伽玛从5148m的75API开始上升至5153m的90API 钻头开始进入泥岩 电阻率提前8m预示 5145 5153m 轨迹角度88 87 又如HD405H在5163m电阻率由8 m开始上升到12 m 自然伽玛从5175开始由75API上升至90API 钻头开始进泥岩 提前19m预示 5163m 5182m轨迹角度90 30 90 20 又如HD405H井在斜深5255m 电阻率从7 m上升到9 m 自然伽玛从5261m的75API上升至5274m的90A