地质导向钻井技术概况

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第一部分 地质导向钻井技术概况,一、地质导向的定义,二、地质导向的钻井技术特征,三、地质导向与其他几种技术概念间的区别与联系,(几何导向、旋转导向、随钻测量、随钻测井),四、地质导向钻井系统的结构特征,五、地质导向的作用与特点,六、国外地质导向钻井技术现状及在油田应用效果,七、国内地质导向钻井技术需求分析,1,国外一种定义(笼统)：用地质准则来设计井眼的位置。,Schlumberger,Oilfield Glossary: The intentional directional control of a well based on the results of,downhole,geological logging measurements rather than three-dimensional targets in space, usually to keep a directional,wellbore,within a pay zone. In mature areas,geosteering,may be used to keep a,wellbore,in a particular section of a reservoir to minimize gas or water breakthrough and maximize economic production from the well.,我们的定义,用近钻头地质、工程参数测量和随钻控制手段来保证实际井眼穿过储层并取得最佳位置。,(特征,/,手段,/,方法,/,目的),一、地质导向的定义,2,把钻井技术、测井技术及油藏工程技术融合为一体，形成带有近钻头地质参数(伽玛、电阻率)、近钻头钻井参数(井斜角)及其他辅助参数的短节,用无线信号(电磁波)短传方式把上述近钻头参数传至,MWD，,再传至地面控制系统,用地面软件系统(含地层构造模型、参数解释和钻井设计控制三个主要模块)适时做出解释与决策，实施随钻控制,因此，大大提高了对地层构造、储层特性的判断和钻头在储层内,轨迹的控制能力，从而提高油层钻遇率、钻井成功率和采收率，,实现增储上产，节约钻井成本，经济效益重大,二、地质导向的钻井技术特征,3,1. 地质导向(Geosteering),地质导向的任务是对准确钻入油气目的层负责，为此，它具有测量、传输和导向三大功能，具体为：,(1) 近钻头测量参数(电阻率、自然伽玛)和工程参数(井斜角)测量；,(2) 用随钻测量仪器(MWD)或随钻测井仪器(LWD)作为信息传输通道，把所测的井下信息(部分)传至地面处理系统，作为导向决策的依据；,(3) 用井下导向马达(或转盘钻具组合)作为导向执行工具，用无线短传技术把近钻头测量信息越过导向马达传至MWD(LWD)并进一步上传；,(4) 地面信息处理与导向决策软件系统,将井下测量信息进行处理、解释、判断、决策，指挥导向工具准确钻入油气目的层。,三、地质导向与其他几种技术概念间的区别与联系,4,2. 几何导向,几何导向的任务就是对钻井井眼设计轨道负责，使实钻轨道尽量靠近设计轨道，以保证准确钻入设计靶区(由于地质不确定度带来的误差，原设计靶区可能并非是储层),在地质导向技术问世之前，常规的井眼轨道控制技术均应属于几何导向范畴,三、地质导向与其他几种技术概念间的区别与联系,5,3. 旋转导向,旋转导向工具系统是以井下旋转工作方式的闭环自控执行工具(典型代表是偏心变径稳定器)为导向工具、以,MWD(,或,LWD),为信息传输通道和地面信息处理软件系统组成的钻井工具系统，在海上大位移钻井中获得广泛应用,当以常规的,MWD,作为信息通道时，上传信息只有工程测量参数(井斜角，方位角)而无地质参数；当以,LWD,作为信息通道时，上传信息除工程参数外，还包括地质参数(电阻率、自然伽玛，以及其它地质参数),由于工具位置所限，它缺少近钻头的地质参数测量，这一点形成了它与地质导向工具系统的主要,三、地质导向与其他几种技术概念间的区别与联系,6,4. 随钻测量(MWD),随钻测量(,Measurement While Drilling),是在钻井过程中进行井下信息的实时测量和上传的技术的简称(,MWD),通常意义的,MWD,仪器系统，主要限于对工程参数(井斜，方位，工具面)的测量,由井下部分(脉冲发生器，驱动电路,定向测量探管，井下控制器，电源等)和地面部分(地面传感器，地面信息处理和控制系统)组成，以钻井液作为信息传输介质。脉冲发生器有正脉冲、负脉冲和连续脉冲三种，井下电源可分为电池和井下涡轮发电机两类,它只是一种测量仪器，而无直接导向钻进的功能,三、地质导向与其他几种技术概念间的区别与联系,7,5. 随钻测井(LWD),随钻测井(,Logging While Drilling),是在随钻测量(,MWD),基础上发展起来的一种功能更齐全、结构更复杂的随钻测量系统，主要是在常规,MWD,的基础上增加了若干测量短节，如,CDR(,补偿双电阻率仪)、,CDN(,双补偿中子密度仪)、,ADN(,方位密度中子仪)、,ISONIC(,声波仪)等，用以获取测井信息,与,MWD,相比，,LWD,传输的信息更多，因而要求脉冲发生器必须是正脉冲发生器(3-5,bit/s,以上)或连续波脉冲发生器(6-10,bit/s)。,即使如此，也不可能把所测信息全部实时上传，而是采用井下存储(起钻后回放)和部分信息实时上传方式处理,与地质导向相比，,LWD,是一个随钻测井仪器，它的任务是获取测井信息而无导向、决策功能；,LWD,位于井下钻具组合(,BHA),上部，它所测的电阻率、自然伽玛等地质参数已不属于近钻头测量,三、地质导向与其他几种技术概念间的区别与联系,8,常规LWD导向工具面临的挑战,应该向哪个方向钻进?,是否已钻达目的层?,是否在目的层内钻进?,15,22m,向上?,继续,?,向下,?,常规LWD导向工具测量点通常位于钻头之后较远的位置，很难保证钻头始终在薄油层中钻进。,三、地质导向与其他几种技术概念间的区别与联系,9,地质导向钻井系统的解决方案,实时近钻头测量：电阻率,伽马,井斜,工具面,实时钻头电阻率：测量钻头前方电阻率,实时井眼上下方测量：方位伽马,方位电阻率,钻头电阻率,钻头电阻率,钻头电阻率,钻头电阻率,钻头电阻率,方位电阻率,方位伽马,井斜,工具面,方位电阻率,方位伽马,井斜,工具面,方位电阻率,方位伽马,井斜,工具面,方位电阻率,方位伽马,井斜,工具面,方位电阻率,方位伽马,井斜,工具面,地质导向钻井系统实时监测近钻头电阻率、方位电阻率、自然伽马数据、近钻头井斜和工具面等数据，判断钻头在油层中的位置，并随时调整钻头姿态，始终在油层中钻进。,三、地质导向与其他几种技术概念间的区别与联系,10,下面以Anadrill公司于1993年推出的IDEAL系统(Intergrated Drilling Evaluation and Logging，综合钻井评价和测井系统)为例，来介绍地质导向钻井系统的结构特征。,一般来说，地质导向钻井系统包括：,井场信息接收和处理系统,+,MWD/LWD,+,无线短传,+,测传马达,(含近钻头测量短节),+,钻头,四、地质导向钻井系统的结构特征,11,1. 测传导向马达 (Instrumented Steerable Motor),这是一种完全仪器化的导向马达(其壳内装有传感器组件)，它直接与钻头相连，能够测量近钻头处地层电阻率、方位电阻率、自然伽马以及井斜和钻头转速等参数。,这些参数通过电磁波传送到马达以上的MWD或LWD，再由泥浆脉冲传送到地面。,借此，司钻和地质家可实时了解到钻头处的岩性变化以及检测钻头处的油气显示情况，并通过对钻头进行导向，保证井眼在储层内延伸，达到增大储层泄油面积、提高单位进尺的产量和降低完井成本的目的。,四、地质导向钻井系统的结构特征,12,2. 井场信息系统,井场信息系统是IDEAL系统的中枢，通过结合所有的地面数据和井下数据来监测钻井过程。原始数据由解释程序转换成井场决策人员所需信息，并在高分辨率彩色监控器上以彩图的方式直观显示，使用方便。,IDEAL 地面综合处理信息系统,卫星通讯,司钻台,地面控制室,用户,四、地质导向钻井系统的结构特征,13,3. 近钻头电阻率工具 (RAB-Resistivity at the Bit),这是一种仪器化的近钻头稳定器，直接与钻头相连，可测量近钻头处地层电阻率/自然伽马和井斜等参数。,其最大特点是，利用这些实时测量数据可在地层被污染之前进行高质量的地层评价、以及检测裂缝或薄产层或渗透性产层。该工具可代替测传导向马达用于转盘钻井。,四、地质导向钻井系统的结构特征,14,4. 其它独立井下测量短节,(1) 钻压扭矩工具,该工具直接接在MWD工具下端，用于接收地质导向工具或近钻头电阻率工具的电磁信号，并传到MWD工具。该工具也可测量钻压、扭矩、钻柱内泥浆压差和环空压力等钻井参数。,(2) 泥浆脉冲发生器,应用连续载波编码技术将数据传送至地面，数据传输速度高达10位/秒。,(3) 补偿双电阻率(CDR-Compensated Dual Resistivity)、阵列式补偿电阻 率(ARC-Array Compensated Resistivity)、及方位密度中子仪器(ADN -Azimuthal Density Neutron),可实时测量井眼补偿感应电阻率、自然伽马、密度和中子，借此可进行初期地层评价、地质对比及孔隙压力评价。,(4) 声波随测工具(ISONIC),四、地质导向钻井系统的结构特征,15,具有随钻辨识油气层、导向功能强的特点,是一项直接服务于地质勘探的随钻技术，提高探井钻遇率(增储),适合于复杂地层、薄油层钻进的开发井，提高产量和采收率,五、地质导向的作用与特点,16,地质导向是综合钻井、随钻测井/测斜、地质录井及其他各项参数，实时判断是否钻遇泥岩以及识别泥岩位于井眼的上部还是下部，并及时调整钻头在油层中穿行，具体表现在：,1) 根据近钻头电阻率和自然伽玛判断钻头处的岩性；,2) 根据ARC提供的衰减电阻率和相位电阻率的差别判断钻头是否接近泥岩；,3) 根据AND提供的顶密度和底密度判断泥岩位置；,4) 根据AND提供的顶密度和底密度计算地层倾角；,5) 根据随钻测井电阻率曲线的极化角现象识别地层界面；,6) 根据钻时和气体数据，结合岩屑判断钻头处岩性；,7) 结合扭矩和D指数判断钻头处岩性；,8) 利用地层的韵律性，结合砂岩粒度的变化判断井眼位于油层中的位置。,五、地质导向的作用与特点,17,目前国外仅有Schlumberger和Baker Hughes公司拥有此项技术。,Schlumberger,公司(,Anadrill,),于1993年推出了,IDEAL,系统之后，又推出了,Power Drive,系统：,PowerDrive Xtra,(475, 675, 900),PowerDrive Xceed,PowerDrive vorteX,PowerDrive,X5 (475, 675, 825, 900, 1100),Baker Hughes,拥有,RCLS(,闭环旋转自动导向)系统：,AuotTrak,RCLS,AutoTrak,G3 RCLS,和,Navigator,系统。但目前只进行高价技术服务而不出售商品工具，已收到巨大经济回报。,六、国外地质导向钻井技术现状及在油田应用效果,18,国际第三大石油技术服务公司,Halliburton,目前也不掌握此项尖端技术，但正在积极进行开发。,Halliburton,现有的,Pathfinder,系统只是,LWD(,随钻测井)，还无近钻头测量短节，当配用螺杆马达时其最下端的传感器离钻头距离约为,17,m,，,最上端的传感器距离钻头约,22,m,，,尚无法用于地质导向，也不能实现精确的几何导向。,六、国外地质导向钻井技术现状及在油田应用效果,19,IDEAL系统已在北海获得了成功应用，钻成几口复杂的水平井。,在墨西哥湾的某一油田，先前所钻8口井的总产量仅为923桶/天；后来，Anadrill公司应用地质导向技术在该油田钻成一口高质量的水平井，日产原油达1793桶，使这一枯竭的油田得以重新复活。,六、国外地质导向钻井技术现状及在油田应用效果,20,有资料表明，地质导向钻井系统问世后，在1993,1995年的3年中，已被13家公司用于欧洲和非洲6个国家的近50口井，累计进尺超过20英里(32187m)，取得了显著技术效果和重大经济效益。以下再举几例：,在英国,BP,公司,Wytch,Farm,油田，地质导向系统(测传马达)与变径稳定器(位于测传马达上部)配合使用钻大位移井，几乎全部实现了旋转钻进，提高钻速和井身质量，大大减少了井下事故和风险,在英国北海,Texaco,的一口开发井中使用地质导向工具(测传马达)，至少避免了两次侧钻：井场地质师用近钻头方位伽玛射线确定井眼上下是否遇到泥岩，通过正确的导向控制将井眼扭回砂岩储层,六、国外地质导向钻井技术现状及在油田应用效果,21,KerrMcGee,所钻的一口井表明，由于地质导向系统的近钻头电阻率的作用，比原有技术(电阻率传感器在马达上部)多获得14%的产层进尺,该文献的结论表明：,(1) 具有近钻头参数的地质导向系统在每次油藏丢失之后，可减少100ft的非生产进尺，这对于经济钻井十分关键；,(2) 由于有了地质导向钻井技术，现在考虑从英寸的精度而不是英尺的精度来控制垂深已成为可能。这对于存在水、气运移问题及较少渗透障碍的油藏来说，可带来巨大的经济效益。,六、国外地质导向钻井技术现状及在油田应用效果,22,七、国内地质导向钻井技术需求分析,1. 面临的形势,随着国民经济的快速发展 ，,“保证我国未来油气消费的基本需求”,是我国经济社会可持续发展头等重要的战略目标,在低渗或超低渗油气层和薄层的剩余油开发中，,采用水平井和特殊工艺井技术能够大幅度提高单井产量和采收率，而且正上升为油田高效开发的主流技术,十一五期间国内陆上油气田将进一步加大水平井、侧钻水平井开发油田的力度(中石油水平井以每年不低于500口的数量,扩展),在薄油层、非均质储层、深层、边底水油藏、层状砂泥岩互层、低压低渗储层等复杂的地质和油藏条件下进行水平井开发，对钻井技术提出了更高的要求,23,七、国内地质导向钻井技术需求分析,2. 国内水平井开发工具现状,用近钻头地质导向钻井技术提高复杂油藏、薄油层钻遇率是一种有效手段，但由于发达国家不对外出售，其技术难度很大，目前该技术在国内刚刚起步,进口常规,LWD,虽然在一定程度上能起到上述作用，但中石油目前也仅拥有,12套,，远不能满足生产需求，随着配件供应的短缺、种种销售的限制，这一数量还在呈下降趋势；目前拟进口,LWD,遭遇很大困难(以,GeoLink,为例，报价由2年前的300万$/台猛增至700万$/台，同时交货期由原来的6个月延长至18个月),国内的,LWD,研发仍处在起步阶段，要达到工业化应用还有一定距离,用,MWD,并,借助地层监测手段，实用性不强，控制困难，效果不佳,24,七、国内地质导向钻井技术需求分析,3. 技术需求,目前水平井钻井主要采取三种轨迹控制方式,常规的,MWD、,岩屑录井等,LWD、FEWD：,传感器距离钻头10,m,以外,GST(,地质导向工具)：传感器距离钻头2,m,以内,水平井的开发不仅仅是单纯的轨迹控制，它是集油藏工程、地质设计、钻井技术、随钻测井于一体的综合应用，近钻头地质导向的地面综合处理信息与决策系统具备这一功能，而,MWD/LWD,显然无此技术特征,因此，近钻头地质导向钻井系统是水平井开发迫切需求的一种有效工具,25,七、国内地质导向钻井技术需求分析,4. 自主创新研发近钻头地质导向钻井技术,国外技术垄断(不出售产品)服务价格举例:,Schlumberger,5,万$/,d，100,万$定金； 800,m,井段，20-25万$,温家宝总理：“真正的核心技术是买不来的”,买不到 / 买不起 / 买回来落后,即使买得到产品但买不到产权；,即使买得到产权但买不到知识；,即使买得到知识但买不到人才,中国石油集团钻井工程技术研究院研制的“,CGDS-I,近钻头地质导向钻井系统,”是我国第一台具有我国知识产权的地质导向钻井技术产品,26,