劉鑫 仲蕾

摘 要：近年來深層頁巖油水平井的開發(fā)數(shù)量不斷增多，頁巖油已成為全球非常規(guī)油氣資源開發(fā)的重要領(lǐng)域，針對(duì)頁巖油的勘探和開發(fā)，水平井已經(jīng)成為目前采用的主要技術(shù)之一。為了解決在鉆井過程中高壓、托壓和近距離的防碰、以及測(cè)試參考資料等問題，依據(jù)方位探測(cè)原理，組建了三地層數(shù)學(xué)模型，并且結(jié)合鉆測(cè)井曲線推導(dǎo)出相關(guān)的公式。

關(guān)鍵詞：旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向;深層頁巖油;水平井

前言

隨著頁巖油勘探的不斷發(fā)展，為加快油氣田的開發(fā)力度，現(xiàn)今的油田開發(fā)方案大都以鉆水平井為主，為了實(shí)現(xiàn)單井產(chǎn)能的最大化，保證水平井的順利實(shí)施，旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)成為井底作業(yè)的普遍選擇。旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)檢測(cè)出井底的環(huán)空壓力，不僅可以提高機(jī)械鉆孔的速度，還可以使井眼經(jīng)過的軌跡變得平整光滑，優(yōu)化了井深結(jié)構(gòu)，完善了地質(zhì)導(dǎo)向模型，為后期開發(fā)頁巖油也提供了全新的策略。

一、旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)的組成及優(yōu)勢(shì)

（一）旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)的組成

旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)包含有地面監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、隨鉆測(cè)量系統(tǒng)和井下旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具系統(tǒng)。地面監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要是用來完成一些井下信號(hào)的解釋處理、水平井的剖面設(shè)計(jì)以及井眼的軌跡參數(shù)計(jì)算工具等等工作;隨鉆測(cè)量系統(tǒng)主要包含傳感器模塊、旋轉(zhuǎn)密度儀等鉆具特性測(cè)量工具;井下旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具系統(tǒng)包括導(dǎo)向裝置、不含磁力的模塊穩(wěn)定器等井下工具。

（二）旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)

旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)跟常見的鉆測(cè)井系統(tǒng)相比較，占有諸多的核心技術(shù)優(yōu)勢(shì)，主要具有連續(xù)旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向技術(shù)、閉環(huán)智能鉆井技術(shù)、方位咖馬成像技術(shù)工程檢測(cè)技術(shù)等。ECD可以針對(duì)井眼的清潔度和井下的異常情況非常準(zhǔn)確地反映出來，還可以提前打開報(bào)警系統(tǒng)，把施工風(fēng)險(xiǎn)大幅度地降低，如果發(fā)生了井漏或者溢流等相對(duì)復(fù)雜情況時(shí)旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)就可以給予準(zhǔn)確且有效地?cái)?shù)據(jù)支持它能夠?qū)崿F(xiàn)巖性和物性等多個(gè)參數(shù)的測(cè)量，可以為工程上的數(shù)據(jù)、地質(zhì)方面的導(dǎo)向、測(cè)井的精細(xì)度以及鉆井的安全，提供它們所需要的服務(wù)數(shù)據(jù)。

二、旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)在深層頁巖油水平井的具體應(yīng)用措施

（一）技術(shù)應(yīng)用

旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)主要有導(dǎo)向頭組成，導(dǎo)向頭負(fù)責(zé)提供鉆頭井斜和導(dǎo)向功能，鉆進(jìn)時(shí)驅(qū)動(dòng)軸要把鉆柱的動(dòng)力傳遞給鉆頭，用來完成破巖的過程。導(dǎo)向頭的重力工具面的測(cè)量是把液壓驅(qū)動(dòng)翼肋與三軸傳感器相重合，通過對(duì)重力加速度的測(cè)量就可以估算出它具體在井眼高邊的位置，從而就可以得到導(dǎo)向頭的重力工具面。導(dǎo)向頭可根據(jù)動(dòng)態(tài)重力工具面，采取對(duì)井眼軌跡的自動(dòng)調(diào)整和控制。當(dāng)它在井下工作的時(shí)候，可以把肋板推放在井壁上，通過肋板對(duì)井壁上的合力可以使井眼的中心線偏離，從而就可以使井眼的軌跡發(fā)生改變。系統(tǒng)里還設(shè)置有自動(dòng)化智能鉆進(jìn)模式，這樣只需要井下電腦的自動(dòng)設(shè)置裝備、鉆頭的方向和地面下達(dá)的軌跡參數(shù)等，就可以使軌跡控制的精度大幅度地提高。水平段的軌跡控制需要按照所計(jì)算出的地層傾角來提高目的層的鉆速率，避免了因?yàn)闆]有辦法來確定目的層頂界的調(diào)整而導(dǎo)致軌跡發(fā)生不平滑現(xiàn)象和鉆進(jìn)沒有實(shí)用意義的井段。因此為了提高目的層的鉆速率，就必須要實(shí)時(shí)測(cè)井曲線進(jìn)行監(jiān)控，通過測(cè)井曲線對(duì)地層回應(yīng)來判斷鉆頭在目的層中相對(duì)應(yīng)的位置。利用近鉆頭的井斜、電阻率和方位伽馬就能鉆頭在地層的實(shí)時(shí)位置，極大地提高了目的層的鉆遇率，使地質(zhì)導(dǎo)向模型也得到了及時(shí)的更新。

（二）安全應(yīng)用

水平井在整個(gè)堵漏和壓井的過程中，儀器一直都在井下進(jìn)行正常的工作，這樣就可以在處理事故的時(shí)候，為此及時(shí)地提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)服務(wù)。例如萬一泥漿發(fā)生了漏失，那么泥漿的液柱就會(huì)突然下降，這就致使環(huán)空壓力也跟著下降，那么預(yù)警井漏就會(huì)進(jìn)行實(shí)時(shí)預(yù)警?？梢郧宄嘏袛鄩壕牧鲜欠竦降?，通常情況下由壓井材料配成的壓井也得密度會(huì)比正常泥漿的密度偏高，在壓井液到井底進(jìn)行循環(huán)的時(shí)候，就可以看到環(huán)空壓力會(huì)有一個(gè)非常明顯的上升趨勢(shì)。倘若發(fā)現(xiàn)環(huán)空壓力的變化不明顯，就充分地說明壓井在循環(huán)的時(shí)候循環(huán)不到位或者是所用的材料偏少，如果呈現(xiàn)出階梯式地下降，說明發(fā)生了井漏，泥漿的液柱也會(huì)持續(xù)的下降，在對(duì)壓井進(jìn)行堵漏之后，ECD的值會(huì)逐漸升高，壓力就會(huì)漸漸的平衡，井下也逐漸變正常?？梢杂脕碜R(shí)別鉆井風(fēng)險(xiǎn)和計(jì)算壓井需要的泥漿比重，如果在發(fā)生井漏后，接著就會(huì)發(fā)生井涌的現(xiàn)象，可以利用環(huán)空壓力的測(cè)量點(diǎn)到泥漿循環(huán)入口的垂直深度的公式，計(jì)算出壓井所需的泥漿密度。

（三）地質(zhì)導(dǎo)向應(yīng)用

深層頁巖油水平井的油層在整個(gè)的鉆進(jìn)過程中，它的厚度和地層的傾角會(huì)一次次地發(fā)生較為明顯的變化，在鉆進(jìn)的時(shí)候可以通過成像伽馬和電阻率來判別出它的具體儲(chǔ)層位置，通過對(duì)層位的厚度和視傾角的計(jì)算，能夠快速地想出對(duì)策，以便于對(duì)下一步的鉆進(jìn)方向進(jìn)行更好的指導(dǎo)，對(duì)于沒有發(fā)生穿透上下覆層的情況，要一直圍繞著好的油層鉆進(jìn)。例如深度在一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)的時(shí)候，地層之間發(fā)生變化，它的成像顯示軌跡如果先碰到底部，接著迅速地碰到頂部，說明這塊層位變薄較為明顯。軌跡接著從頂部穿出來，傾斜漸漸下降，接著就會(huì)從砂體的頂界面穿回來，增加傾斜度接著鉆進(jìn)，當(dāng)上邊覆蓋的油層變成互相交錯(cuò)沉積的砂巖互層時(shí)，就會(huì)發(fā)生透鏡體和重力流沉積存在的形態(tài)較為明顯。在離開底部差油層后，接著會(huì)立馬觸碰到頂部，上面的覆層就會(huì)由差油層變成為凝灰之類的沉積，這時(shí)這個(gè)方位的傾角就會(huì)再次變大，它的厚度也會(huì)較為明顯的減小，下降斜角到一定度數(shù)后，就會(huì)回到油層。一但它的地層變薄，它所處的傾角也會(huì)再一次地變小，上伽馬沒有發(fā)生明顯的變化，就說明明軌跡只是擦邊下部的差油層，當(dāng)增斜到一定度數(shù)后，就會(huì)離開底部。

結(jié)語

旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)在地質(zhì)、工程方面完全適用于深層頁巖油水平井，它在頁巖油水平井施工的安全方面占有明顯的優(yōu)勢(shì)。整個(gè)過程中它都采用復(fù)合鉆進(jìn)，使四周的井眼軌跡平整光滑，減小了鉆具之間的摩擦阻力，簡(jiǎn)單有效地降低了鉆井作業(yè)在安全方面的風(fēng)險(xiǎn)。旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)在深層頁巖油水平井施工的地質(zhì)導(dǎo)向方面，可以使方位成像伽馬準(zhǔn)確有效的識(shí)別出軌跡和目的層邊界的關(guān)系，也能夠準(zhǔn)確的確定鉆頭在目的層的位置以及接下來如何計(jì)算出鉆進(jìn)的準(zhǔn)確井斜角度，已確保精準(zhǔn)的地質(zhì)導(dǎo)向。

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