地質(zhì)導向鉆井工藝研究綜述（上）
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[時間:2009-10-16 全球石油網(wǎng) 關注度:0]
摘要: 論文摘要：本文在綜述國內(nèi)外地質(zhì)導向鉆井技術發(fā)展狀況的基礎上，綜合介紹了勝利鉆井院承擔的中石化集團公司項目“地質(zhì)導向鉆井工藝技術研究”的部分研究成果與應用效果，利用初步形成的地質(zhì)導向現(xiàn)場應用技術成功地實施了地質(zhì)導向鉆井，為薄油層、厚油層頂...
論文摘要：本文在綜述國內(nèi)外地質(zhì)導向鉆井技術發(fā)展狀況的基礎上，綜合介紹了勝利鉆井院承擔的中石化集團公司項目“地質(zhì)導向鉆井工藝技術研究”的部分研究成果與應用效果，利用初步形成的地質(zhì)導向現(xiàn)場應用技術成功地實施了地質(zhì)導向鉆井，為薄油層、厚油層頂部剩余油等復雜油氣藏開發(fā)提供了技術支撐，應用效果良好。
關鍵詞：地質(zhì)導向 鉆井工藝 LWD 自然伽馬 電阻率 復雜油氣藏
引言
地質(zhì)導向鉆井（Geo-Steering Drilling）技術是近年來國內(nèi)外發(fā)展起來的前沿鉆井技術之一，是用地質(zhì)信息、隨鉆測井（LWD-Logging While Drilling）儀器響應和用于引導井眼進入目的層并保持在目的層內(nèi)的解釋技術的一種綜合[1]。在鉆井過程中，通過實時測量多種井底信息，對所鉆地層的地質(zhì)參數(shù)進行實時評價，從而精確地控制井下鉆具命中最佳地質(zhì)目標。
世界上先進的地質(zhì)導向系統(tǒng)已經(jīng)應用了近鉆頭傳感器，可以測量距鉆頭1～2m范圍內(nèi)的井斜角、方位角、地層電阻率、伽馬射線和轉(zhuǎn)速等數(shù)據(jù)，通過無線傳輸系統(tǒng)（電磁波）把這些數(shù)據(jù)從鉆頭附近傳到MWD系統(tǒng)。這樣可以更好地引導鉆頭穿過薄層和復雜地層，利用測井數(shù)據(jù)直接進行地質(zhì)導向鉆井，而不是按預先設計的井眼軌道鉆井。該系統(tǒng)集井眼軌跡測量控制技術和隨鉆測井技術為一體，相當于在鉆頭上開了一個“窗口”，現(xiàn)場地質(zhì)師和定向工程師根據(jù)儀器反映的所鉆地層巖性及其孔隙流體的客觀情況，能夠及時“看到”所鉆井眼的井身軌跡、地層巖性及其孔隙流體物性，并以此來設計和控制井眼軌跡的走向，及時調(diào)整和修改原鉆井設計，使鉆頭能夠安全有效地沿著油層目標鉆進[2,3]。
國外的地質(zhì)導向鉆井技術已經(jīng)相當成熟，能夠?qū)崟r測量近鉆頭處的地質(zhì)參數(shù)和工程參數(shù)。而目前國內(nèi)因儀器研制與技術研究起步較晚，基本處于國外第一代產(chǎn)品的初期水平，實時地質(zhì)參數(shù)較少，測點離鉆頭較遠。然而，地質(zhì)導向鉆井的重要性和潛在經(jīng)濟價值早就為國內(nèi)鉆井界所矚目，研制地質(zhì)導向工具、研究地質(zhì)導向鉆井工藝已勢在必行。
地質(zhì)導向工具在老油田后期開發(fā)、提高采收率及油層薄、形狀特殊的難采油藏開采方面具有明顯的效果和顯著的經(jīng)濟效益。勝利油田存在著大量的復雜斷塊油藏、隱蔽油藏、薄油藏和老油田長期開采剩余的邊底水構(gòu)造油藏等復雜油氣藏，地質(zhì)導向鉆井技術為開發(fā)上述類型油藏提供了強有力的技術支撐，具有廣闊的應用市場。
1 國內(nèi)外地質(zhì)導向鉆井技術發(fā)展狀況
1.1 國外地質(zhì)導向鉆井技術發(fā)展狀況
1993年Anadrill公司首次提出地質(zhì)導向概念并研制出了第一套地質(zhì)導向工具。Halliburton、Baker Hughes Inteq和挪威國家石油公司（Statoil）等也相繼研制出了他們各自的地質(zhì)向?qū)Чぞ摺nadrill公司研制的綜合鉆井評價和測井系統(tǒng)（IDEAL-Integrated Drilling Evaluation And Logging）由一個在其外殼內(nèi)裝有定向測量和地層評價測井傳感器的可轉(zhuǎn)向儀表化泥漿馬達和一個可以直接接在鉆頭上的近鉆頭電阻率測井接頭組成�？梢蕴綔y出距鉆頭1～2m范圍內(nèi)的地層電阻率、伽瑪射線、井斜、地層孔隙壓力以及其他有用數(shù)據(jù)，然后通過無線電傳輸系統(tǒng)（電磁波）把數(shù)據(jù)從鉆頭處傳送到位于鉆柱上部位置的隨鉆測量（MWD）工具，再經(jīng)MWD把數(shù)據(jù)傳輸?shù)降孛�。目前IDEAL己在實際鉆井中得到了廣泛應用。到1996年底，僅在歐洲和非洲就有13家公司應用該技術在6個國家鉆井近50口井，總進尺超過32000m，取得了良好效果。
1994年Baker Hughes Inteq首次推出第一套NaviTrak小曲率MWD系統(tǒng)和NaviGator產(chǎn)層導向系統(tǒng)。
1995年在小井眼隨鉆電阻率測井儀器方面成果頗豐。Sperry Sun推出Slim1 Phase4內(nèi)存型φ120.65mm（ ）儀器。Anadrill研制出ARC-5儀器。Baker Hughes Inteq推出NaviMPR、IDS儀器。Halliburton公司在1995年研制出了名為PZST（Pay Zone Steering Tool）的地質(zhì)導向工具，將它直接裝在泥漿馬達和鉆頭之間，可以提供伽瑪射線、井斜和地層電阻率數(shù)據(jù)。該工具己于1996年起納入工業(yè)應用。1995年挪威國家石油公司（Statoil公司）研制出了應用聲波反射原理探測井眼軌跡與地層流體界面和地層界面相對位置的POSLOG地質(zhì)導向工具。但目前還未見到這種地質(zhì)導向工具成功推廣應用的報道。
20世紀90年代后期，Anadrill公司擁有隨鉆測井儀器CDN／CDR、地質(zhì)導向儀器Geostreeing、隨鉆聲波儀器ISONIC以及Powerpulse MWD儀器系列等主導產(chǎn)品。Halliburton以HDSIM、CWRGM、CLSS和DNSC為其主要服務產(chǎn)品。Anadrill公司的隨鉆成像儀器已投入商業(yè)使用。同時，Anadrill公司在2000年新推出了 ARC-6和ARC-8等來取代現(xiàn)有的系列儀器。目前的隨鉆測量工具己完全具備了隨鉆測井及地質(zhì)導向的能力，并使隨鉆定向測量及測井工具傳感器更加接近鉆頭。Baker Hughes Inteq公司最新推出了連續(xù)旋轉(zhuǎn)閉環(huán)定向鉆井系統(tǒng)（AutoTrak RCLS-AutoTrak Rotary Closed Loop System，簡稱AutoTrak），該系統(tǒng)集鉆進和隨鉆測量為一體，由旋轉(zhuǎn)鉆井下部導向鉆具組合、CDR隨鉆測量系統(tǒng)、帶CDR和AND的隨鉆測井系統(tǒng)和地面計算機監(jiān)控系統(tǒng)組成，其核心為旋轉(zhuǎn)導向鉆具，能夠在連續(xù)旋轉(zhuǎn)過程中提供精確的定向控制，實現(xiàn)方位和井斜的調(diào)節(jié)。
國際上的MWD／LWD制造公司主要有八家，生產(chǎn)約20個系列的8種產(chǎn)品，可以測量30多種參數(shù)。儀器外徑從 到 ，基本上能夠滿足各種定向井類型的需要。近年來，在MWD／LWD的實效性、高利潤和先進性的誘惑和驅(qū)使下，世界上大的石油工程服務公司都加強了隨鉆測井技術的研發(fā)力度。目前該項技術主要被Schlumberger、Halliburton和Baker Hughes三大公司所壟斷。Schlumberger為隨鉆測井技術的集大成者，服務領域從早期主要集中在海洋鉆井平臺服務逐步向陸地鉆井服務中推進。
國外典型的地質(zhì)導向鉆井系統(tǒng)是法國安納森公司的綜合鉆井評價和測井系統(tǒng)，己在北海定向井和墨西哥灣水平井等項目中施工了50多口井，取得了良好的經(jīng)濟效益。
目前，國外不但有較先進的地質(zhì)導向硬件工具，而且具有與之配套的隨鉆地質(zhì)工程參數(shù)解釋與地質(zhì)導向應用軟件系統(tǒng)。國外地質(zhì)導向鉆井技術的發(fā)展趨勢是隨鉆測量儀器的多樣化、測量參數(shù)向鉆頭靠近的鉆頭智能化、基于地質(zhì)－鉆井可視化的地質(zhì)建模、實時對比解釋和鉆井施工過程的系統(tǒng)化。
1.2 國內(nèi)地質(zhì)導向鉆井技術發(fā)展狀況
1996年中油北京地質(zhì)錄井技術公司（現(xiàn)中油測井公司）從美國Halliburton引進了國內(nèi)第一套PathFinder LWD和SLIM1 GR MWD裝備。經(jīng)過近幾年的技術消化和吸收，組建了自己的作業(yè)隊伍和研究力量，分別在大慶、塔里木、華北、大港、海上油田順利完成了隨鉆測井作業(yè)。近幾年來，曾先后在國內(nèi)的十幾口探井和開發(fā)井中提供了隨鉆測井服務，取得了很好的測井效果和經(jīng)濟效益，培養(yǎng)了一批具有一定隨鉆測井服務經(jīng)驗的現(xiàn)場工程師，為油田勘探開發(fā)提供了一項全新的測井方式。
1999年勝利鉆井工程技術公司引進了美國Halliburton Sperry-Sun的隨鉆地層評價儀器（FEWD-Formation Evaluation While Drilling），新疆石油管理局等油田也陸續(xù)引進了帶自然伽瑪?shù)牡刭|(zhì)導向工具。勝利鉆井院、長慶油田也引進了英國Geolink公司生產(chǎn)的帶自然伽瑪和電阻率兩道參數(shù)的地質(zhì)導向測量工具，并在勝利油田的邊底水剩余油區(qū)塊和塔里木油田的超薄油藏區(qū)塊投入了生產(chǎn)應用，通過對比隨鉆測井曲線和鄰井資料，及時獲得地質(zhì)特征的變化，在井眼軌跡實時控制方面發(fā)揮了積極作用，為開展地質(zhì)導向鉆井技術研究打下了良好的應用基礎。
2003年中海油田服務股份有限公司引進了Halliburton Sperry-Sun的FEWD和Baker Hughes的LWD。
2001年勝利鉆井院依托重大裝備國產(chǎn)化研究項目—“MWD、隨鉆自然伽瑪測量儀國產(chǎn)化研制”和中石化集團公司項目（2002年）“隨鉆感應電阻率測量儀的研制”開始了MWD/LWD國產(chǎn)化研究工作，并成功地研制出了具有自主知識產(chǎn)權的新型正脈沖MWD、隨鉆自然伽瑪測量儀和隨鉆感應電阻率測量儀，并投入了現(xiàn)場應用，取得了良好效果。
1999年中石油勘探開發(fā)研究院開始進行地質(zhì)導向鉆井技術研究工作。
目前國內(nèi)總體上處于應用引進儀器和部分國產(chǎn)化儀器的地質(zhì)導向初級階段，尚未形成規(guī)�；瘧玫纳a(chǎn)局面，開展地質(zhì)導向鉆井技術研究已是當務之急。
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