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地质导向钻井技术研究调研报告

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地质 导向 钻井 技术研究 调研 报告
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1目 录 目 录............................................................................................................................................1章 概述.....................................................................................................................2章 国内外概况及发展趋势.................................................................................................................................................................................国外地质导向钻井技术发展状况............................................................................. 国内地质导向钻井技术发展概况..........................................................................................................................................................................................3章 地质导向钻井的技术原理......................................................................................................................................................................随钻伽玛测井原理.................................................................................................. 随钻电阻率测井原理..............................................................................................随钻测井的特点.....................................................................................................4章 5章 地质导向钻井基本要求及可借鉴的经验和方法......6章 三维可视化在地质导向钻井中的作用...................................................................................什么是可视化.........................................................................................................可视化的利弊.........................................................................................................关于标准化问题.....................................................................................................硬件和软件问题.....................................................................................................终端使用技术问题.................................................................................................. 4间和空间可视化).............................................................................. 综合、联系和人力问题.......................................................................................... 技术转让和经济问题.............................................................................................. 总结和实用观点.....................................................................................................维可视化对于认知的作用......................................................................面向对象程序的可视化.......................................................................................... 二维图形表示的局限性.......................................................................................... 三维表示范型.........................................................................................................维可视化技术特点..................................................................................... 数据体的可视化..................................................................................................... 可视化技术在地震解释中的作用...........................................................................维可视化技术在石油工业中的应用................................................ 三维可视化在钻井过程中扮演的角色................................................................... 嵌入式三维可视化技术在钻井规划中的应用........................................................ 三维可视化在地震资料解释中的作用................................................................... 三维可视化图像显示盐岩与沉积物界面............................................................... 三维可视化如何改变石油公司的解释策略...........................................................件使用 "试用版本创建 解释和可视化技术的作用.................................................................................. 油藏描述技术及在油田滚动勘探开发中的应用.................................................... 数据处理与可视化技术.......................................................................................... 地质构造的三维可视化技术..................................................................................0 三维油藏模型色彩显示........................................................................................几年三维可视化技术的发展应用...................................................... 三维可视化和多属性地震有助于勘探成功...................................................................................................................................... 菲利普斯石油公司用真三维可视化技术进行地震解释......................................... 兰德马克图形公司三维钻井视窗的三维实时钻井可视化软件............................. 提高油气勘探与生产效率的虚拟现实技术........................................................... 新的可视化系统缩短了................................ 意大利亚平宁以北外部区域下第三系构造的三维可视化.....................................油勘探开发中的下一代可视化技术发展趋势............................利油田钻井院三维可视化的研究...................................................... 钻井生产................................................................................................................. 地质信息模拟(区块可剖切)..............................................................................7章 关于地质导向钻井技术研究项目..........................................目的主要研究内容、研究思路、创新设计和关键技术...... 主要研究内容......................................................................................................... 研究思路................................................................................................................. 创新设计................................................................................................................. 关键技术.................................................................................................................目的攻关方向................................................................................................地质导向钻井工艺技术原理研究........................................................................... 地质导向钻井技术应用研究.................................................................................. 地质导向钻井工艺技术应用研究...........................................................................一步开展的工作.........................................................................................考文献......................................................................................................................................件使用 "试用版本创建 第1章 概述 常规定向钻井大都依据邻井资料和地质设计预先确定好的轨道,根据钻头方向的井斜数据,进行几何导向。这种技术在目的层很厚、地质结构简单时应用效果很好,但在目的层较薄、地质结构复杂或对地下情况不很清楚时,则导向效率就较低。而钻大斜度井或水平井时,在薄油层或有复杂褶皱、断层的油藏中,一般将井身与界面(如油层顶部、油水界面等)保持一定距离,这就使几何导向面临着挑战。 由于二十世纪八十年代初开发的伽玛和电阻率测量工具离钻头较远而只能用于数据回放参考,并且多用于地层对比。后来在几何导向基础上测量的地层评价参数有所增加,但传感器一般离钻头10~30m,这样只能在一定钻井进尺后才能识别出地层的变化,而不能保证井眼一直维持在目的层中。进入 90 年代以来,地质导向技术有了突飞猛进的发展,随钻测量(感器已下移至钻头处,该技术在几何导向的基础上注重于使井眼最大限度地暴露油层,使现场人员能实时得到有关的地下信息,明确复杂油层的位置,钻更复杂的井。地质导向技术具有优化井身轨迹、避免底水锥进以及在薄层中保证钻井和控制高压层的功用。其应用已经扩展到非裂缝或裂缝渗透油藏的近海水平井完井,已在美国 区、北海、西非、阿拉斯加和中东等地成功地进行了应用。 地质导向技术就是根据地质导向工具提供的实时井下地质信息和定向数据,辨明所钻遇的地质环境并预报将要钻遇的地下情况,引导钻头进入油层并将井眼保持在产层中。它由在钻头处进行测量的地质导向工具和功能完备的井场信息系统两大部分组成。当地质情况复杂或在薄产层中进行钻井导向时,测量点(即传感器)与钻头之间的距离和前导模拟软件的质量很关键。地质导向钻井要时刻注意钻头位置、当前井身轨迹、未来井身轨迹及必要的井身轨迹校正。但仅仅依靠钻头处或近钻头处的电阻率、井斜及自然伽码传感器有时会有明显的不足,这就需要前导模拟这种功能强大的软件来帮助地质导向。前导模拟软件是钻水平井处理复杂情况时地质导向成功的关键. 用于地质导向钻井的随钻测井( 统形成了定向钻井新概念,是电缆测井、钻井和录井技术的结合体。随钻测井系统是一种先进的新型测件使用 "试用版本创建 量仪器,在国际石油钻井领域应用非常广泛。它可以在钻进作业进行的同时,实时测取地质参数,绘制出各种类型的测井曲线,作为地质分析的依据。 由于它是实时测量,与电缆测井相比,更接近地层的真实情况,具有更高的精度。以帮助现场人员随时监控地质参数的变化,对地层做出准确的判断。因此,配合定向参数测量在大位移和水平井钻井中,进行地质导向,精确地控制井眼轨迹穿行于储层中有利于产油的最佳位置,有效地回避油/气和油/水界面。现场人员能够有效地控制井眼轨迹的走向,回避风险,从而显著地提高钻井效率,整体上提高油田的勘探开发效果。 二十世纪九十年代以来,平井及特殊工艺井中广泛应用。美国、挪威、澳大利亚、英国等国家采用地质导向工艺技术完成的井数逐年增加,钻井周期逐步缩短,钻井成本明显下降,油田开发效果明显提高。目前,国外典型的地质导向钻井系统是法国安纳森公司的综合钻井评价和测井系统,己在北海定向井和墨西哥湾水平井等项目中施工了50多口井,取得了良好的经济效益。 近年来,中油技术服务有限责任公司在中国石油天然气集团公司的大力支持下,投入很大资金,在国内首次引进了 先进的 质导向工具。这次重大的技术引进对于我国测井、钻井和录井行业技术进步以及老油田的勘探开发水平再上新台阶具有重要意义。 1996 年,中国石油化工集团公司胜利钻井院引进了英国 司生产的负脉冲无线随钻测斜仪和随钻自然伽玛测量仪,配套形成了初步的地质导向钻井系统,并现场应用了 10 多口井。同时,还开展了“钻伽玛测量仪国产化研制”研究工作,成功地研制出了钻伽玛测量仪,并投入了现场试验。在上述工作基础上,该院于2002 年5 月又引进了同一公司的随钻电阻率测量仪,与上述钻伽玛测量仪一起配套形成了带自然伽玛和电阻率两道地质参数的地质导向随钻测量系统。到目前为止,使用自行研制的 自然伽玛测量仪,配合引进的随钻电阻率仪器,已经完成了八口井的探索性试验。 1999 年,胜利钻井工程技术公司引进了美国司的质导向随钻测量系统及相应的钻井施工配套工具,并圆满完成了第一口试验井。如何尽快形成质导向钻井工艺技术,发挥其作用,提高油田的勘探开发效果,对油田难以动用的储量,特别是薄油层的开发具有十分重要的意义。 件使用 "试用版本创建 第2章 国内外概况及发展趋势 质导向钻井技术是在世界范围内的勘探开发面临复杂地质条件的背景下和随钻测量技术日趋成熟的基础上发展起来的,是近年来国内外发展起来的前沿钻井技术之一。该钻井技术是以实时随钻测量多种井底信息为前提。井底信息包括两类:一类是地质参数,包括电阻率、自然伽玛、岩性密度、声波、地层倾角等;另一类是工程参数,包括井斜、方位、工具面角、井底钻压、井底扭矩和井底压力等。因此,地质导向钻井就是在钻井过程中通过测量多种地质和工程参数来对所钻地层的地质参数进行实时评价,根据评价的结果来精确地控制井下钻具命中最佳地质目标。换言之,所谓地质导向,就是使用随钻测量数据和随钻地层评价测井数据来控制井眼轨迹的钻井技术。它以井下实际地质特征来确定和控制井眼轨迹,而不是按预先设计的井眼轨迹进行钻井。 地质导向技术是水平井钻井的一项重大发展,标志着水平井钻井技术上升到一个更高的层次。该技术根据钻头处的实时地质数据和储层数据做出调整井眼轨迹的决定,引导钻头在油层中前进,其关键技术是要求地质导向工具能够实时测量钻头处有关地层、井眼和钻头作业参数等方面的数据,并及时将这些数据传送至地面,以便于作业人员迅速做出决策。 应用地质导向技术可以确保水平井眼准确进入并保持在目标层内(即使储层很薄),保证井眼在产层内与油/水或油/气界面之间保持一定距离,并可连通数个断裂储层。而应用常规导向钻井技术时,具离钻头较远(10~30m 之间),所测得的井斜、方位和地层评价数据只反映了测量点处而不是钻头处的地层情况,也许钻头已经偏离了设计轨迹,也许钻头已经离开了目的层,从而降低了作业人员决策的及时性和准确性。为了实时准确地测量钻头处的真实地层情况,便于作业人员及时、准确地做出决策,国外开展了对地质导向技术的研究。1993 年,统,弥补了这一缺陷,实现了地质导向。地质导向技术的优越性有以下几个方面: 件使用 "试用版本创建 (1)、连续的井眼轨迹控制,减少了起下钻次数。 (2)、钻头处的井斜传感器减少了大斜度井、水平井的井斜误差,减少了井眼的曲折度,增强了井眼位移延伸能力,减少了摩阻对钻柱的磨损。 (3)、钻头钻速传感器能使司钻最佳使用导向马达,由此可提高机械钻速,延长马达的使用寿命,减少起下钻换钻具的时间。 (4)、近钻头传感器使钻头处参数测量的滞后时间接近于零,能使井眼最大限度地保持在油藏内。 (5)、方位伽玛射线测量能在钻头处进行地层对比,这对探测标志层、确定套管下深和取心层位是非常有用的,同时还可使司钻确知是否钻穿地层的顶部或者底部。 (6)、定性的电阻率测量能够实时显示油气和岩性,这对地层对比和确定油气水界面是非常有用的。 (7)、方位电阻率可使司钻得知油/水、油/气和其它液相界面流体边界的方向。 正是由于地质导向钻井技术具有上述优点,地质导向工具在老油田后期开发、提高采收率以及开采那些油层薄、形状特殊的难采油藏等方面具有明显的效果和显著的经济效益。 质导向钻井是以井下实际地质特征来确定和控制井眼轨迹的钻井技术。使用这一技术,可以精确地控制井下钻具命中最佳地质目标。地质导向的基本方法是在钻井的设计阶段使用试验井或邻井的测井数据进行计算机模拟,得出设计井的模拟测井数据。在钻井过程中将井下随钻测量工具发送到地面的实时测井数据与模拟数据进行对比,看它们是否一致。如果模拟数据与随钻实测数据一致,就说明井眼命中最佳地质目标,否则就说明应该按井下实际地质特征来修正井眼轨道设计。 近年来,导向钻井技术在国外已经取得了长足的发展。二十世纪八十年代,导向螺杆钻具(弯外壳马达)替代了直螺杆钻具和弯接头,通过导向螺杆钻具和无线随钻测斜系统两项新技术的应用,成功地实现了水平井钻井的几何导向。二十世纪九十年代,导向钻井技术的重大进展是成功地开发了遥控可变径稳定器,这种机电一体化的井下工具开发成功,标志着遥控技术引入了钻井工程,意味着将有不同功能的多种井件使用 "试用版本创建 下遥控工具将陆续开发出来。随钻测井和随钻测量技术在二十世纪九十年代得到了较快的发展。随钻测井及实时地质导向技术的发展改变了目前普遍使用的电缆测井和钻后测井这一状况,随钻测井新技术的推广与应用使得实现测井和钻井的统一成为可能。 调研发现,国内研究和报道有关近钻头随钻地质参数测量、解释及应用技术的文献相对较少,而国外一些大的油公司在地质导向钻井方面做了大量的研究、实验和推广应用工作。 1991年入了 1 电阻率仪器概念。司推出了1992 年 司首次推出了近钻头电阻率仪器 声波井径仪器。首次推出近钻头倾角仪。司推出了小井眼的 向/自然伽玛井下仪器。 1993年后,挪威国家石油公司(公司也相继研制出了他们各自的地质向导工具。司研制的 质导向工具(综合钻井评价和测井系统)是由一个在其外壳内装有定向测量和地层评价测井传感器的可转向仪表化泥浆马达和一个可以直接接在钻头上的近钻头电阻率测井接头组成。该工具可以探测出离钻头周围1~2m 范围内的地层电阻率、伽玛射线、井斜、地层孔隙压力以及其他有用的数据,然后通过无线电传输系统(电磁波)把数据从钻头处传送到位于钻柱上部位置的随钻测量(具,再经它把数据传输到地面。目前, 1996 年底,仅在欧洲和非洲就有 13 家公司应用该项技术在6个国家钻井近50口井,总进尺超过32000m,并取得了良好的效果。 1994 年 次推出第一套 曲率 统和1995 年在小井眼随钻电阻率测井仪器方面成果颇丰。出 存型 3 44 ′′)仪器。制出 器。地质导向工具,将它直接装在泥浆马达和钻头之间,可以件使用 "试用版本创建 提供伽玛射线、井斜和地层电阻率数据。该工具己于 1996 年起纳入工业应用。挪威国家石油公司(司)在 1995 年研制出了应用声波反射原理探测井眼轨迹与地层流体界面和地层界面的相对位置的 质导向工具。该工具由声源装置、声波接收器及有关电子仪器组成,工作原理类似于回声探测仪。钻井过程中装在钻柱中的声源装置发射的声波通过钻井液向井眼周围的地层传播,当这声波在地层中碰到地层界面或不同的地层流体界面时,部分声波能量便会反射回井眼,这时安装在声源装置以上的接收器会自动将反射信号记录下来,然后再将其传输到地面供决策者使用。但目前这种地质导向工具还未见到成功推广应用的报道。 二十世纪九十年代后期,司具有随钻测井仪器 司以 其主要服务产品。司的随钻成像仪器已投入商业使用。同时,司在 2000 年新推出了 和 等来取代现有的系列仪器。目前随钻测量工具己完全具备了随钻测井及地质导向的能力,并使随钻定向测量及测井工具传感器更加接近钻头。司最新推出了定向钻井及随钻测量工具――续旋转闭环定向钻井系统(称 这是一套集钻进和随钻测量为一体的定向钻井系统,它能够在连续的旋转过程中提供精确的定向控制,实现方位和井斜的调节,因而能大大提高机械钻速,减少扭矩和摩阻,提高井眼质量。旋转导向自动钻井系统由旋转钻井下部导向钻具组合、 随钻电测系统和地面计算机监控系统组成,其核心是旋转导向钻具。过旋转稳定传感器同步调整井眼走向。 常规地质导向钻井技术主要依靠随钻测量和随钻录井的钻时、岩屑资料来指导钻井。依据钻时和岩屑资料可以判断地层岩性,但钻时录井除受到主导因素――地层岩性的影响外,还受到钻压、转速、泵压、排量、钻井液密度及粘度和钻头类型及新旧程度等因素的影响。而岩屑录井资料也可能因为井眼跨塌或岩屑被钻头磨得过碎而难以识别,并且此资料还会滞后约1~2h。可见,仅仅利用钻时和岩屑录井资料并不能及时、有效地控制井眼轨迹。对地质导向钻井而言,进行随钻测井对于指导整个钻井过程是十分必要的(根据随钻自然伽玛可以确定岩性,根据随钻电阻率可以区别致密层和渗透层或油气层)。一般来说,随钻资料滞后情况优于随钻录井资料,它能及时地件使用 "试用版本创建 反映所钻遇的地层岩性。若将随钻测井与随钻录井资料结合起来进行分析就能更有效地指导地质导向水平井的钻井施工作业。自然伽玛和/或电阻率测量的配合使用可以实时对比邻井资料,这对卡准标志层有着不可低估的作用。同时也意味着不但可以做几何形态的对比,而且还可以实现地质对比,以便精确地指导钻头进入或寻找目的层中靶。 作为地质导向核心技术的随钻测井系统构成了定向钻井新概念,它是电缆测井、钻井和录井技术的结合体。随钻测井技术则是录井技术、测井技术、钻井技术和油藏描述等多学科的综合性技术。该技术的成功应用,实现了在钻井的同时对钻井作业的综合评价和测井作业,简化了钻井作业程序,节省了钻机时间,提高了钻井作业精度;能够实时检测到地层变化以便及时对钻井设计做出必要的调整,使得钻头能够最大化地在油气藏中最有价值的地带钻进,从而提高了油气采收率,这对于高效开发复杂油气藏具有极其重要的意义,现已成为油田开发获得最大效益的至关重要手段。 近年来,国外随钻测井(术发展迅猛,成功解决了许多超长距离的水平井和极特殊条件下的测井难题,其服务项目亦逐渐完善,除常规项目外,成像测井等技术也开始使用在随钻测井仪器上。 目前,国际上的产约20个系列的8种产品,可测量参数已发展到 30 多种。仪器外径从 3 41 ′′到 128 ′′,基本上能够满足各种井型的需要。在利润和先进性的诱惑和驱使下,世界上大的石油工程服务公司近年来都加强了随钻测井的研发力度。目前该项技术主要被斯伦贝谢、哈里伯顿和贝克休斯三大公司所垄断。其中斯伦贝谢为随钻测井技术的集大成者,服务领域从早期主要集中在海洋钻井平台服务逐步向陆地钻井服务中推进。在英国北海、墨西哥湾、中东、南中国海、渤海、东海、西非等区域,越来越多地取代电缆测井而成为常规服务项目。据国外资料统计,在海上钻井作业中,使用上,每年随钻测井服务产值已经占整个测井行业产值的25%以上。根据1998年统计资料,在全球测井服务30亿美元的市场中随钻测井服务已经占到8亿美元。由此可见,该技术将会发展成为未来石油勘探开发服务领域的重点高新技术,同时也是迈向自动化、智能化钻井的重要技术中间环节。因此,国外石油仪器制造厂商都加大了随钻测井领域的投入和并购步伐,使随钻测井仪器向着多样化、高新化和实用化的方向不断发展。由于该技术可以实时测量地层的真实物性信息以及对钻井安全的贡献正得到国外各大油公司的普遍重视和广泛应用。 件使用 "试用版本创建 0发展速度之快,涉及学科之多,与高新技术联系之紧密是前所未有的。二十世纪八十年代初,随钻测井仪器只能测量简单的电阻率和自然伽玛。自 80 年代未以来,电阻率已经发展到传播型、聚焦型、方位型、井眼成像;地层密度、中子孔隙度、声波和井径等仪器也己逐渐地随钻化。与此同时,应用也有了较大进展,利用其测量数据,通过建立数学模型检测孔隙压力、做地层对比、优化钻井参数等。在钻井过程中,井下仪器实时将所测得的资料传送到地面,以帮助定向井工程师和地质师实时解释、判断钻遇地层的相互关系、地层物性、气液相界面,并采用相应的技术措施,实现钻井作业始终保持在油藏中最具价值的地带,钻成优质井眼,实现地质导向钻井。 随钻测井的优点是井眼条件好,风险小,地层受钻井液侵入影响较小,并可直接测量井下的工程参数,为钻井的进一步科学化提供了有利的条件;通过及时获得地层资料,为准确评价地层和进行地层对比以及油藏描述提供了新的手段。目前随钻测井已经成为大斜度井、水平井和小井眼的侧钻多分支井油藏评价的重要手段,是定向钻井的关键技术之一。生产实践证明,随钻测井技术作为一项日新月异地快速发展起来的高新技术,正得到越来越多的石油公司的认同和使用。 综上所述,国外不但有较先进的地质导向硬件工具,而且有相配套的随钻地质工程参数解释与地质导向应用软件系统。目前,国外典型的地质导向钻井系统是法国安纳森公司的综合钻井评价和测井系统,己在北海定向井和墨西哥湾水平井等项
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