陳振海

摘要：涪陵頁巖氣是鉆探過程中由于油藏特點(diǎn)和環(huán)境影響，鉆探投資大、鉆井周期長、提速困難。在頁巖氣非常規(guī)油氣開發(fā)過程中，為了更好地加強(qiáng)對井眼軌跡的控制，加強(qiáng)旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向技術(shù)的應(yīng)用，對于促進(jìn)地層參數(shù)和工程參數(shù)的測量，以及定向井眼軌跡的測控以及信號脈沖反饋和收發(fā)等方面的作用較為明顯。因此本文總結(jié)了旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向技術(shù)在涪陵頁巖氣鉆探在使用過程中存在難點(diǎn)，分析了該技術(shù)使用前景，對旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用具有指導(dǎo)作用。

關(guān)鍵詞：涪陵頁巖氣;旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向技術(shù);鉆井提速

1 涪陵頁巖氣鉆井技術(shù)難點(diǎn)分析

涪陵頁巖氣田鉆遇地層復(fù)雜，主要目的層為龍馬溪組和五峰組，成巖年代古老，巖石堅(jiān)硬，地層復(fù)雜多變，給鉆井提速、井眼軌跡控制、固井質(zhì)量等都帶來諸多麻煩，鉆井過程中主要存在以下技術(shù)難點(diǎn)[2-3]。

1.1 井區(qū)地表環(huán)境復(fù)雜，前期勘探鉆井投資大

涪陵地區(qū)地面屬典型的喀斯特地貌，經(jīng)過多年的溶蝕和風(fēng)化，地表地面裂縫發(fā)育，地下溶洞及暗河分布，給鉆井工程實(shí)施帶來巨大的施工困難，設(shè)備搬運(yùn)、擺放、交通、物資輸送等都耗子巨大。

1.2 地層多樣化，鉆井工藝復(fù)雜

涪陵頁巖氣藏地質(zhì)年代古老，多期構(gòu)造運(yùn)動形成，給鉆井帶來諸多麻煩：a）淺層喀斯特地貌，地層極易垮塌，鉆井漏失嚴(yán)重;b）二疊系時(shí)裂縫氣發(fā)育，噴漏同層，含H2S，存在中毒風(fēng)險(xiǎn);c）志留系地層鉆探時(shí)井壁穩(wěn)定性差，鉆井情況復(fù)雜多變;d）龍馬溪組頁巖儲層水平段鉆井時(shí)，井眼軌跡控制難度大;e）鉆遇夾層多樣，巖石硬度大，跳鉆嚴(yán)重，鉆井提速困難。

1.3 井眼軌跡控制難，施工風(fēng)險(xiǎn)高

涪陵頁巖氣田主要采用叢式水平井開發(fā)，具有偏移距大（一般為300m）、靶前距大（一般為800m）、水平段長（一般為1500m）等特點(diǎn)，摩阻扭矩大，三維井眼軌跡控制難度大[3]。

1.4 深層頁巖氣藏高溫高壓，鉆機(jī)故障率高

深層高溫高壓造成旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向和近鉆頭儀器故障率升高，影響鉆井效率。地層溫度和壓力高，鉆井液密度高，造成旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向或近鉆頭測量儀器故障率升高。據(jù)統(tǒng)計(jì)，涪陵地區(qū)17口深層頁巖氣井中10口井發(fā)生了近鉆頭儀器故障23次。威榮地區(qū)6口井發(fā)生了旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向儀器失效15次[3-4]。

2 旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)發(fā)展背景

為了滿足不同油藏在開發(fā)過程中的需求，國外在多分支井鉆井技術(shù)上實(shí)現(xiàn)了系列化和標(biāo)準(zhǔn)化。并且降低了勘探開發(fā)成本及提高采收率。多分支井根據(jù)國際上不同的程度及結(jié)構(gòu)被分為6個(gè)等級。目前其中6級分支井技術(shù)以其壓力完整性、液力封隔性和可選擇性再進(jìn)入的特點(diǎn)等廣泛應(yīng)用于美國煤層氣的開采。鉆井的井眼軌跡隨著近年來向深部、復(fù)雜地層勘探的發(fā)展，以及非常規(guī)油氣的開發(fā)比如低滲油藏、頁巖氣、煤層氣等被提出了很多新的要求，尤其是大位移鉆井、水平井、薄油層鉆水平井、水平分支井技術(shù)等。越來越復(fù)雜的井眼軌跡要求被提出來了希望獲得更大的產(chǎn)能，暴露更多的儲層，為了提高鉆井效率、降低昂貴的鉆井成本和減少鉆井井下作業(yè)的各種風(fēng)險(xiǎn)，旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向技術(shù)在鉆井行業(yè)應(yīng)運(yùn)而生[4]。

與傳統(tǒng)技術(shù)相比，在旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)井眼軌跡的實(shí)時(shí)導(dǎo)向是首先在近海鉆井得到了廣泛應(yīng)用的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向技術(shù)突出的優(yōu)點(diǎn)。這種旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)井眼軌跡的實(shí)時(shí)導(dǎo)向帶來的好處主要有兩方面：（1）在所受的摩阻和扭矩方面，傳統(tǒng)的滑動導(dǎo)向方式遠(yuǎn)大于旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向方式下的鉆柱所受到的，也正是因?yàn)檫@樣，在同樣條件下大大提高了鉆機(jī)作業(yè)的能力，也大大增加了鉆機(jī)所能實(shí)現(xiàn)的大位移井的極限延伸能力;（2）因?yàn)樾D(zhuǎn)導(dǎo)向方式下井眼清晰狀況的改善使鉆井技術(shù)得到了有效的保證，也保障了鉆井過程的安全性，尤其是在遇到復(fù)雜地層時(shí)。自旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)誕生以來，強(qiáng)大的生命力越來越被顯示出來，因而得到了廣泛的應(yīng)用和推廣。

3旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工作原理及系統(tǒng)組成

3.1旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)工作原理

導(dǎo)向裝置是旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆具組合的重要部分，根據(jù)給定工具面和給定動力進(jìn)行導(dǎo)向鉆進(jìn)，并且通過下傳的指令可以隨時(shí)重新定位，既可以造斜也可以穩(wěn)斜。傳感器模塊包括伽馬射線和多頻電阻率，主要提供鉆井過程所需的基本參數(shù)，一般還安裝有用來計(jì)算井眼方位角磁通量計(jì)。渦輪發(fā)電裝置和正壓脈沖發(fā)生器作為雙向通訊和動力模塊主要部件，隨鉆測量工具提供的電源動力和導(dǎo)向裝置是他們主要負(fù)責(zé)的，而且也提供了渠道用于下傳指令和上傳測量數(shù)據(jù)。有效提高機(jī)械鉆速同時(shí)還可以減少套管和鉆具的磨損是使用模塊馬達(dá)的優(yōu)點(diǎn)。

3.2旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)組成

井下旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具系統(tǒng)、地面監(jiān)控系統(tǒng)和隨鉆測量系統(tǒng)是組成旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)的三部分。

不同的部門功能不同，導(dǎo)向裝置、無磁模塊穩(wěn)定器、雙向通訊模塊、動力模塊等井下工具是組成井下旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具系統(tǒng)的核心部件。旋轉(zhuǎn)（地質(zhì)）導(dǎo)向二維建模、底部鉆具組合受力分析、定向井水平井剖面設(shè)計(jì)或修正設(shè)計(jì)是地面監(jiān)控系統(tǒng)的功能，監(jiān)控旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)的定向鉆井情況是地面監(jiān)控系統(tǒng)的主要功能。感知鉆井過程中鉆頭的環(huán)境是隨鉆測量系統(tǒng)的主要目的。各種傳感器是實(shí)現(xiàn)感知鉆井過程中鉆頭環(huán)境的主要途徑，傳感器模塊、優(yōu)化旋轉(zhuǎn)密度儀和動態(tài)與壓力模塊等隨鉆地質(zhì)特性和鉆具特性測量工具包含在其中。

總的來說，導(dǎo)向裝置、傳感器模塊、雙向通訊和動力模塊、模塊馬達(dá)以及其他配套工具是旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆具組合的主要組成部分。

4旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)在涪陵頁巖氣開發(fā)應(yīng)用前景

（1）旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)在國內(nèi)頁巖氣等非常規(guī)油氣開發(fā)中得到了一定應(yīng)用，前期在涪陵焦石壩工區(qū)實(shí)踐表明對于復(fù)雜工藝井，具有提高定向鉆井效率的作用。

（2）旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)防斜、穩(wěn)斜能力較強(qiáng)，且穩(wěn)定性好，特別適合涪陵地區(qū)頁巖氣開發(fā)需求，該技術(shù)適合上部防斜要求難度高的地層，下部在長井段穩(wěn)斜及長水平段延伸鉆井中具有明顯優(yōu)勢。

（3）旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)能更加精確高效地進(jìn)行工程和地質(zhì)導(dǎo)向，對于涪陵叢式井“井工廠”開發(fā)模式中水平井開發(fā)中地層的不確定因素較多，旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)可隨時(shí)調(diào)整定向施工方案，使軌跡控制更加主動，相比常規(guī)定向調(diào)整方位更加快捷，能夠鉆出更加平滑的水平段井眼，為后續(xù)鉆井、壓裂、試氣施工創(chuàng)造良好井眼條件。

（4）常規(guī)鉆井技術(shù)對于超深井、大位移井、叢式水平井等高難度復(fù)雜定向井的高效開發(fā)具有局限性，存在著造斜能力偏低、作業(yè)成本高等問題。高造斜率旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具除具有普通旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具的起下鉆次數(shù)少、機(jī)械鉆速高、鉆井作業(yè)效率高、井眼軌跡控制精確等的優(yōu)勢外，還具有造斜能力強(qiáng)、造斜率可控范圍寬、造斜點(diǎn)可以較深等明顯特征。

（5）目前，旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向核心技術(shù)主要被國外公司掌握，技術(shù)服務(wù)費(fèi)用較高，涪陵頁巖氣開發(fā)中主要使用的是以哈里伯頓為主，國產(chǎn)化應(yīng)用受到限制，采用國外公司與國內(nèi)廠家聯(lián)合組裝配套、維修保養(yǎng)的方式，可以降低使用費(fèi)用，加快推進(jìn)國產(chǎn)化進(jìn)程，實(shí)現(xiàn)該項(xiàng)技術(shù)在國內(nèi)的推廣應(yīng)用。

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