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超深井随钻测量仪器适应性分析

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深井 测量 仪器 适应性 分析
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  作者简介 :李文凯 ,1967年生 ,工程师 ;2007年获西安石油大学学士学位 ;主要从事定向井水平井钻井技术服务和科研工作 。地址 :(457001)河南省濮阳市中原路 59号中原油田钻井院 。电话 :(0393)4899475,13839360857。E-mail:pyliwenkai@163.com超深井随钻测量仪器适应性分析李文凯兰 凯孙豫红中石化中原石油勘探局钻井工程技术研究院李文凯等 .超深井随钻测量仪器适应性分析 .天然气工业 ,2011,31(6):81-84.摘要随着对深部油气藏的陆续开发 ,深井超深井数量逐步增多 。由于井深的增加 ,对随钻测量仪器的抗高温 、耐高压性能都提出了更高的要求 ,同时长距离传输的脉冲信号衰减超出仪器解码范围的问题也屡见不鲜 ,制约了上述仪器的使用 。通过在川东北多个工区的随钻测量实践 ,总结了不同井深和温度条件下随钻测量仪器的选 用原则 :①垂深在5 000m以内的井,有很多MWD仪器可供选择;②垂深介于 5000~6 000m的井 ,如果井底温度 不超过 130℃、井底循环动压不超过 17000psi(约117MPa),HALLIBURTON公司生产的 MWD仪器以其工作的稳定性高得到比较普遍的认可 ,若温度或压力超过这个指标 ,则可用 BAKERHUGHES公司生产的 MWD仪器或 GE公司生产的 GEOLINKMWD仪器;③垂深超过 6000m时 ,推荐使用 BAKERHUGHES公司生产的 MWD仪器或 GE公司生产的 GEOLINKMWD仪器,若温度进一步升高或改良脉冲信号的措施无法实施时 ,则要引入抗温性能更高的MWD仪器。还结合工程实例体会 ,进一步总结了不同仪器在超深井中的适用情况及改良措施 。关键词深井超深井随钻测量仪器适用性选用原则四川盆地东北部DOI:10.3787/j.issn.1000-0976.2011.06.017随着中国石油化工股份有限公司 (以下简称中国石化 )对南方海相碳酸盐岩储层油气藏的勘探开发工作的持续推进[1-4],在川东北地区出现了一大批井深超过6 000m(甚至超过7 000m)的超深定向井或水平井 。由于井深的增加 ,出现了井底温度高 、压力大 、信号质量差等问题 ,制约了随钻测量仪器的使用范围 ,对于保证井眼质量 、最大限度地发现油气藏产生了不利影响 。中国石化中原油田普光分公司在普光气田开发和元坝区 块 的 勘 探 中 ,积 累 了 大 量 的 经 验 ,总 结 了MWD随钻测量仪器在超 深井中的使用情况及改良措施 ,为超深井的随钻测量提供了借鉴 。1 超深井随钻测量难点在川东北地区 ,中国石化为开发海相碳酸盐岩气藏部署了一大批超深井 。在普光气田 ,主体部分共部署6口水平井 ,平均设计井深为6 591.96m;在大湾区块 ,共部署9口水平井 ,平均设计井深为6 105.1m;在元坝地区 ,2010年部署的水平井约5口 ,平均设计井深约7 620m,垂深大于6 700m。1.1 对仪器抗温性能提出更高的要求对于井深超过6 000m的井 ,以地温梯度2.3℃/100m计算 ,井底静止温度接近160℃,循环温度可达140℃左右 ,国内市场现有的很多仪器已不能满足实际施工的需要 。比如元坝2井在5 600m井深仪器测温达到131℃,多支队伍因探管在高温下的加速损坏而无法顺利完成施工任务 。1.2 井底压力高对仪器抗压性能提出考验由于超深井在钻井过程中所钻遇地层的 复杂性 ,地层压力变化较大 ,继而钻井液密度变化大 ,在钻进过程中一般来说井底钻井液压力要大于地层 压力 。在普光 、大湾等区块钻井液密度大多介于1.3~1.5g/cm3,在元坝地区钻井液密度有时可达到2.1g/cm3。此时 ,如果井底垂深超过6 000m,则在钻进过程中井下仪器所承受的压力将超过18 000psi(约124MPa,1psi=0.006 895MPa,下同 );如果井底垂深超过6 500m则 仪 器 所 承 受 的 压 力 将 超 过20 000psi(约138仪器网 ,下同 )。1.3 钻井液黏度大会影响脉冲信号的传输距离由于超深井在钻井过程中所钻遇 地层的复杂性 ,为满足携砂要求 ,设计的钻井液黏度较大 ;而钻井液黏度大会导致压力波的幅值在单位传输距离内更大的衰减[5],最终导致地面压 力传感器接收不到有效信号[6]。2 国内主要MWD仪器特点及选用原则目前国内用于随钻测量的仪器有多个种类 、多个生产厂家[7-8],如美国HALLIBURTON公司生产的适用于各种排量的MWD或LWD仪器 ;美国GE公司生产的QDT和GEOLIN K MWD;美国BAKERHUGHES公司生产的MWD仪器 ;俄罗斯一家公司生产的ZTS-AP随钻测量仪器 ;国内多个厂家也生产有各种MWD仪器 。2.1 国内现有主要泥浆脉冲MWD仪器的特点2.1.1 美国HALLIBURTON公司生产的MWD仪器美国HALLIBURTON公司生产的MWD仪器根据所允许通过的排量大小分为1 200、900、650、350、Slimhole和Superslim等类 ,根据其抗高温 、高压性能分为普通仪器和高温 、高压仪器 ,但由于其对中国出口的限制 ,国内各油田都还没有引进其高温 、高压仪器 。该公 司 所 生 产 的 普 通 仪 器 的 井 下 部 分 标 称 耐 温140℃、耐压18 000psi,采用正脉冲信号传输数据 。这种仪器长期在井下工作实 际耐受温度可达130℃,如果长时间处于接近140℃的临界状态 ,探管工作将不稳定甚至损坏 。2.1.2 美国GE公司生产的GEOLINK MWD仪器GEOLINK MWD仪器有正负脉冲两种 ,也有普通和高 温 高 压 之 分 。该公司生产的高温高压仪器ORIENTEER2HTHP属 于 负 脉 冲 仪 器 ,标 称 耐 温165℃、耐压23 000psi(158.56MPa)。在实际应用过程中 ,国内公司尚没有应用于如此严酷的环境条件下 ,因为随着井深的增加 ,信号越来越弱 ,井深一旦超过6 000m将出现解码困难 ,而要想满足信号强 度的需要则必须增加底部钻具压降到800psi(5.5MPa)以上 ,且钻井液漏斗黏度应小于70s,现场实际情况不一定能满足这一要求 。这种仪器在新疆地区曾用到井深6 500m。2.1.3 美国GE公司生产的QDT MWD仪器美国GE公司生产的QDT MWD仪器是一种正脉冲MWD仪 器 ,普 通 仪 器 标 称 耐 温150℃、耐 压20 000psi。该公司还生产QDT高温仪器 ,国内辽河油田和北京安东石油公司引进有这种仪器 ,曾在循环温度140℃的环境下成功应用 。2.1.4 美国BAKER HUGHES公司生产的MWD仪器国内大庆油田 、大港油田有该公司的MWD产品 ,标称耐温150℃、耐压20 000psi,实际应用中有达到140℃的先例 ,属正脉冲仪器 ,在新疆地区曾用到井深6 500m。2.1.5 各种国产MWD仪器目前国内有多个厂家生产多种MWD仪器 ,标称耐温125℃或150℃、耐压18 000psi。国产仪器的性能在不断提高 、应用范围也在不断拓展 ,但与进口仪器相比 ,产品功能不够丰富 、性能上仍显不足 。2.2 MWD仪器的选用原则实践证明 ,对于垂深在5 000m以内的井 ,有很多MWD仪器可供选择 ,至于定向作业能否顺利进行将取决于其他一些因素 。对于垂深介于5 000~6 000m的井 ,如果井底温度不超过130℃、井底循环动压不超过17 000psi(117.2MPa),HALLIBURTON公司生产的MWD仪器以其工作的稳定性高得到比较普遍的认可 。如果温度或压力超过这个指标 ,则可用BAKER HUGHES公司生产的MWD仪器或GE公司生产的GEOLINK MWD仪器 。对于垂深超过6 000m的井 ,循环温度都应超过130℃,推 荐 使 用BAKER HUGHES公 司 生 产 的MWD仪器或GE公司生产的GEOLINK MWD仪器 ;在循环温度超过140℃的情况下 ,立足现有条件推荐使用GEOLINK MWD仪器 。如果要用GEOLINKMWD仪器 ,底部钻具压降应处于800psi以上且钻井液漏斗黏度应小于70s。对于垂深超过6 000m,若温度条件或其他条件限制BAKER HUGHES和GEOLINK MWD应 用的 ,则只有引进国外更先进的MWD仪器 。3 超深井MWD仪器应用实例中石化中原石油勘探局钻井工程技术 研究院在川东北多个工区完成了多口超深水平井和定 向井的随钻测量施工 ,开展了相应的工艺措施改善与优化攻关 ,积累了不同仪器在超深井中的工作特性经验 ,进一步完善了MWD随钻测量仪器的适应性评价体系 。3.1 普光区块P204-2H是部署在四川盆地川东断褶带黄金口构造 带 普 光 构 造 东 南 翼 的 一 口 开 发 井 ,设 计 井 深7 001.09m(斜 深 )/5 942.00m(垂 深 ),完 钻 井 深7 010.00m(斜深 )/5 942.18m(垂深 ),井底水平位移1 628.68m。采用HALLIBURTON 650MWD仪器进行随钻服务 ,连续正常工作1 400h。3.2 元坝区块3.2.1 元坝3井2008年4月 ,采 用GEOLINK ORIENTEER2HTHP MWD负脉冲仪器为元坝3井进行随钻服务 。随钻开始井深5 700m,循环温度120℃,排量14L/s,钻井液密度1.52g/cm3、含砂量为0.3%。同年4月16日23:00仪器入井工作 ,其间仪器工作完全正常 ,信号幅度在40~50psi(0.276~0.345MPa),仪器有效工作时间123h,随钻结束井深5 900m。4月26日仪器起出 ,发现APC外筒 、电池A外筒 、4个扶正器严重冲蚀 ,无法继续使用 。随钻测量工作中 ,仪器脉冲器部分安装在专用的悬挂短节里 ,下部置于88.9mm加重钻杆中 。这种安装方式 ,由于仪器与钻杆内壁环空比较小 ,增加了底部钻具压降 ,满足了信号强度要求 ,同时也造成仪器过度冲蚀 。3.2.2 元坝101井元坝101井工程设计是一口直井 ,设计井深7 224m,在钻至5 600m时用多点仪器测斜 ,显示井斜较大 ,为地质中靶需要 ,必须进行纠斜 。纠斜过程中采用GEOLINK ORIENTEER2HTHP MWD负脉冲仪器 。针对元坝3井中仪器过度充蚀的问题 ,设计了外径125mm、内径68mm和外径172mm、内径80mm的特殊无磁钻具加以改善 。由于前期钻具底部压降较低且钻井液黏 度较大 ,随钻测量仪器难以正常工作 。为此 ,提出了将底部钻具压降提升至680psi(4.69MPa)、钻井液漏斗黏度降低至70s左右的技术措施 ,保证了仪器的正常工作 。但是 ,随着井深的进一步增加 ,该型仪器接收的信号幅值逐步衰减 ,当钻至6 100m后 ,出现了信号弱 、解码困难的情况 (表1)。3.2.3 元坝2-侧平1井元坝2—侧平1井是中国石化勘探南方公 司的一口探井 ,设计井深6 940m,侧钻点在老井5 450m深处 。第一趟钻使用5级螺杆加PDC钻头 ,底部钻具压降为650psi左右 (4.48MPa),仪器工作正常 ,但由于PDC钻头工具面不稳而起钻 。第二趟钻用4级螺杆加牙轮钻头 ,底部钻具压降约550psi(3.79MPa),仪器信号弱 ,不能正常解码 。经与井队现场技术 人员结合 ,现实条件不能满足增大底部钻具压降的要求 。在施工过程中 ,先后使用了QDT MWD仪器 、GEOLINK ORIENTEER2HTHP MWD负脉冲仪器和HALLIBURTON 350MWD正脉冲仪器 。其中 ,QDT MWD仪 器 井 口 测 试 不 成 功 ;在GEOLINKMWD负脉冲仪器不能正 常工作后采用HALLIBUR-TON 350MWD,下钻到底工作正常 ,但不能长时间持续工作 。为此 ,后期采用了标称耐温177℃的斯伦贝谢SlimPulse连续脉冲式MWD,才最终完成了该井的侧钻施工 ,如表2所示 。表 1GEOLINK ORIENTEER2HTHP MWD仪器在元坝 101井的工作状态表仪器型号 井深 /m 底部钻具压降 /psi钻井液漏斗黏度 /s 仪器工作状态GEOLINKORIENTEER2HTHPMWD负脉冲5 6435 6435 6645 8006 1505006806806806809090707070检测不到信号有弱小信号但不能解码信号较弱能够解码信号较弱能够手工解码信号弱 、解码困难表 2MWD仪器在元坝 2—侧平 1井的工作状态表仪器型号 井深 /m 底部钻具压降 /psi钻井液漏斗黏度 /s 井底实测温度 /℃ 仪器工作状态GEOLINK MWD负脉冲5 4505 5386505507474--解码正常信号弱 、不能解码HALLIBURTONMWD正脉冲5 5475 5565505507070131131解码正常 、但不能持续工作斯伦贝谢 SlimPulseMWD连续脉冲6 940 - - -  正常工作仪器网 .3 相关认识通过川东北地区的实践 ,普通的HALLIBUR-TON MWD仪器的工作环境 温度不宜超过130℃;GEOLINK ORIENTEER2HTHP仪器可以适应更高的温度和压力 ,但在随钻测量过程中必须要求有足够的底部钻具压降 ,为保障其在井 深超过6 000m的井中正常工作底部钻具压降应在800psi以上且钻井液漏斗黏度不宜大于70s;若工艺条件不能满足GE-OLINK高温 仪 器 的 压 降 和 黏 度 要 求 ,而 垂 深 超 过6 000m,若环境温度高于130℃,则需要引入抗温性能更高的MWD仪器 。4 结论1)超深井随钻测量的难点主要表现为仪器抗温 、耐压能力不足 ,以及泥浆脉冲信号在黏滞性钻井液中长距离传输的严重衰减 。2)川东北工区的实践表明 :普通的HALLIBUR-TON MWD仪器的工作环境 温度不宜超过130℃;GEOLINK ORIENTEER2HTHP仪器可适应更高的温度和压力 ,但必须要求有足够的底部钻具压降 ,当其应用于井深超过6 000m的井时 ,底部钻具压降应在800psi以上且钻井液漏斗黏度不宜大于70s。3)总结了如下的仪器 使用准则 :垂深在5 000m以内 的 井 ,有 很 多MWD仪 器 可 供 选 择 ;垂 深 介 于5 000~6 000m的井 ,如果井底温度不超过130℃、井底循环动压不超过17 000psi,HALLIBURTON公司生产的MWD仪器以其工作的稳定性高得到比较普遍的认可 ,若温度或压力超过这个指标 ,则可用BAK-ER HUGHES公司生产的MWD仪器或GE公司生产的GEOLINK MWD仪器 ;垂深大于6 000m时 ,推荐使用BAKER HUGHES公司生产的MWD仪器或GE公司生产的GEOLINK MWD仪器 ,若温度进一步升高或改良脉冲信号的措施无法实施时 ,则要引入抗温性能更高的MWD仪器 。参考文献[1]孔凡群 ,王寿平 ,曾大乾.普光高含硫气田开发关键技术[J].天然气工业,2011,31(3):1-4.[2]侯树刚 ,刘东峰 ,李铁成 ,等.普光气田高含硫气井安全快速优质钻完井配套技术 [J].天然气工业 ,2011,31(3):18-21.[3]张克勤 ,侯树刚.普光气田气体钻 井集成配套技术新进展[J].天然气工业,2010,30(5):70-80.[4]刘汝山 ,朱德武.中国石化深井钻 井主要技术难点及对策[J].石油钻探技术,2005,33(5):6-10.[5]刘伟 ,任凌云 ,刘洪亮.钻井液脉冲信号传输影响因素分析[J].石油钻探技术,2010,38(1):101-103.[6]石在虹 ,刘修善.井筒中钻井信息的传输动态分析[J].天然气工业 ,2002,22(5):68-71.[7]马哲 ,杨锦舟 ,赵金海.无线随钻测量技术的应用现状与发展趋势 [J].石油钻探技术 ,2007,35(6):112-115.[8]张春华 ,刘广华.随钻测量系统技术发展现状及建议[J].钻采工艺 ,2010,33(1):31-35.(修改回稿日期2011-04-02 栏目编辑居维清特约编辑杨斌檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹)“2011年全国非常规天然气学术会议 ”将在四川宜宾召开非常规天然气是产自复杂的非常规储层中的天然气 ,资源规模大 、勘探开发程度低 、技术要求高 ,是未来天然气工业的发展方向 。近年来 ,全球 (尤其是北美地区 )非常规天然气已 成为重要的天然气供给来源 ,2009年全球非常规天然气产量已超过 5000×108 m3。我国非常规天然气资源丰富 ,具有良好的勘探开发前景 ,加快非常规天然气发展已是我国重要的战略选择 。目前 ,我国已在非常规天然气勘探开发 、基础地质理论与关键勘探开发技术等方面取得了重要进展 。2009年 12月中国石油学会天然气专业委员会成立了非常规天然气学组 ,目的是加快我国非常规天然气地质理论 、资源潜力等方面的认识 ,发展关键勘探开发技术 ,实现非常规天然气资源经济 、有效 、规模开发利用 。为展示进展 、促进交流 、明确方向 ,定于2011年 6月下旬在四川宜宾召开全国非常规天然气地质勘探与开发 学术会议,就非常规天然气地质理论 、勘探开发技术上的进展做广泛交流 。作为本次会议的两家支持媒体之一 ,我刊将全程跟踪报道此次会议 ,敬请广大读者关注 。(天工报道 )ted based on the characteristics of fractured reservoirs.In combination with the traditional wel control technology,aphysical modelfor the welbore in fractured reservoirs was then set up,ilustrating the wel control principles for such a reservoir and developing thecorresponding wel control technology.This technology can not only avoid downhole problems,shorten the driling cycle,but alsoimprove the success ratio of wel kiling,reduce driling fluid consumption and driling cost.This special wel control technology,different from the traditional one,is proved to be applicable for the fractured reservoirs,providing a feasible technical means for welcontrol in carbonate reservoirs in the middle Tarim Basin,so-caled Tazhong area.Keywords:fractured,reservoir,wel control theory,wel control technology,safety,Tarim basin,carbonate rockDOI:10.3787/j.issn.1000-0976.2011.06.016Liu Huixin,professor,born in 1954,holds an M.Sc.degree,being mainly engaged in teaching and research of petroleum engineer-ing.Add:No.18,Xindu Avenue,Xindu District,Chengdu,Sichuan 610500,P.R.ChinaTel:+86-28-8303 3920  E-mail:liuhuixin@swpu.edu.cnAdaptabilityof the measurement-while-drilingequipment in ultra-deepwelsLi Wenkai,Lan Kai,Sun Yugong(DrillingEngineeringTechnologyInstitute,Zhongyuan Petroleum Exploration Bureau,Sinopec,Puyang,Henan457001,China)NATUR.GAS IND.VOLUME31,ISSUE6,pp.81-84,6/25/2011.(ISSN1000-0976;In Chinese)Abstract:With the exploration of deep-buried reservoirs,the number of ultra-deep wels with the depth larger than 6000or 7000mis gradualy increasing.Because of the increase of vertical depth,the measurement-while-driling(MWD)equipment often has towork under much higher temperature and higher pressure.On the other hand,mud pulse signals must transmit even longer distancein viscous driling fluids that can generate much more attenuation,the MWD equipment can not gain effective signals in some cases.The performance of different MWD equipment in ultra-deep wels is presented based on several case studies.Through practices inmany fields of the northeastern Sichuan Basin,principles to choose suitable MWD equipment for different wel depths and tempera-tures are summarized.(1)For wels with the total vertical depth within 5000m,many kinds of MWD can be used.(2)For welswith the total vertical depth of 5000-6000m,if the BHT is not over 130℃and the dynamic circulation BHP is not over 17000psi(about 117MPa),the HALLIBURTON's MWD can be used due to its high stability,but if for much higher BHT and circulationBHP,the BAKER HUGHES'MWD or the GE's GEOLINK MWD can be used and both can be recommended for wels with the totalvertical depth over 6000m.And if the temperature is even higher or pulse improvement fails to be fulfiled,the MWD with evenhigher temperature performance wil be introduced.In the end,based on the cases history,the adaptability and the improvementmeasures are summarized for different types of MWD in ultra-deep wels.Keywords:deep wel,ultra-deep wel,measurement-while-driling,equipment,applicability,selection principle,northeast,SichuanBasinDOI:10.3787/j.issn.1000-0976.2011.06.017Li Wenkai,engineer,born in 1967,graduated from Xi'an Shiyou University with a BE degree in 2007.He is now engaged in direc-tional and horizontal driling services and doing related research.Add:No.59,Zhongyuan Rd.,Puyang,Henan 457001,P.R.ChinaTel:+86-393-4899 475  Mobile:+86-13839360857  E-mail:pyliwenkai@163.comDynamic boil-off rate(BOR)modelingof LNG receivingand re-gasification terminalsFu Zihang(Technical Research Center ofCNOOC Gas &Power Group,Beijing100027,China)NATUR.GAS IND.VOLUME31,ISSUE6,pp.85-88,6/25/2011.(ISSN1000-0976;In Chinese)仪器网
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