第講地質(zhì)導(dǎo)向

1、第十講導(dǎo)向鉆井(zun jn)技術(shù)（Steering Drilling）共三十一頁(yè)主要(zhyo)內(nèi)容概述導(dǎo)向(do xin)工具導(dǎo)向方式地質(zhì)導(dǎo)向自動(dòng)垂直鉆井系統(tǒng)自動(dòng)導(dǎo)向鉆井的關(guān)鍵技術(shù)共三十一頁(yè) 鉆井技術(shù)發(fā)展的新階段是自動(dòng)化鉆井。所謂自動(dòng)化鉆井就是鉆井的全部過(guò)程依靠傳感器測(cè)量各種參數(shù)，并用計(jì)算機(jī)采集，進(jìn)行綜合解釋與處理，然后再發(fā)出(fch)指令，最后由各相關(guān)設(shè)備自動(dòng)執(zhí)行，使整個(gè)鉆井過(guò)程變成一個(gè)無(wú)人操作的自動(dòng)控制過(guò)程。 一、概述(i sh)共三十一頁(yè) * 地面實(shí)時(shí)(sh sh)測(cè)量 主要用綜合錄井儀。 * 井下隨鉆測(cè)量 目前主要用MWD/LWD/FEWD等。 * 數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集 由相關(guān)計(jì)算機(jī)（井下

2、或地面）完成。 * 數(shù)據(jù)綜合解釋并發(fā)出指令 應(yīng)用人工智能優(yōu)化鉆井措施。 * 地面操作自動(dòng)化 地面操作自動(dòng)化（鐵鉆工/自動(dòng)排管機(jī)） * 井下操作自動(dòng)控制 鉆頭自動(dòng)導(dǎo)向（軌跡自動(dòng)控制）。自動(dòng)化鉆井(zun jn)的全過(guò)程分六個(gè)環(huán)節(jié)：以上六個(gè)環(huán)節(jié)中，井下隨鉆測(cè)量和井下自動(dòng)控制是關(guān)鍵環(huán)節(jié)，同時(shí)也是關(guān)鍵技術(shù)，二者結(jié)合起來(lái)實(shí)際上是井眼軌跡自動(dòng)控制技術(shù)（即自動(dòng)導(dǎo)向鉆井技術(shù)）（Auto Trak 自動(dòng)跟蹤 / Closed Loop Steering Drilling 閉環(huán)鉆井）。共三十一頁(yè) 自動(dòng)導(dǎo)向鉆井技術(shù)是鉆井工程領(lǐng)域的高新技術(shù)，代表著世界最先進(jìn)的鉆井技術(shù)發(fā)展方向。目前，在世界范圍內(nèi)水平井、大位移井、分支

3、井等高難度的復(fù)雜井正蓬勃發(fā)展，常規(guī)鉆井技術(shù)難以適應(yīng)需要，必須依靠先進(jìn)的導(dǎo)向技術(shù)才能(cinng)保證井眼軌跡的準(zhǔn)確無(wú)誤。共三十一頁(yè) 導(dǎo)向(do xin)鉆井的實(shí)現(xiàn)主要靠導(dǎo)向(do xin)工具，導(dǎo)向(do xin)工具分兩大類： 滑動(dòng)式導(dǎo)向工具 旋轉(zhuǎn)式導(dǎo)向工具 1、 滑動(dòng)式導(dǎo)向工具 滑動(dòng)式導(dǎo)向工具的特征是導(dǎo)向作業(yè)時(shí)鉆柱不旋轉(zhuǎn)，鉆柱隨鉆頭向前推進(jìn)，沿井壁滑動(dòng)。這就帶來(lái)以下問(wèn)題： （1）鉆柱的扭矩、摩阻問(wèn)題。 （2）井眼清洗問(wèn)題。 （3）機(jī)械鉆速慢。 （4）鉆頭選型受限。 滑動(dòng)式導(dǎo)向工具雖存在諸多缺點(diǎn)，但目前仍占主導(dǎo)地位，因?qū)蜚@井大多使用井下動(dòng)力鉆具。主要的滑動(dòng)式導(dǎo)向工具有彎外殼馬達(dá)、可調(diào)彎接頭

4、等。 工具組合方式 鉆柱 + MWD/LWD + 動(dòng)力鉆具 +導(dǎo)向工具+ 鉆頭二、導(dǎo)向(do xin)工具共三十一頁(yè) 旋轉(zhuǎn)式導(dǎo)向工具是在鉆具旋轉(zhuǎn)條件下直接引導(dǎo)鉆頭沿著期望的軌跡鉆進(jìn)，從而避免了鉆柱躺在井壁上滑動(dòng)，使井眼得到很好的清洗，同時(shí)允許根據(jù)地層選擇合適的鉆頭。這樣可顯著地減輕(jinqng)或消除了滑動(dòng)式導(dǎo)向工具的不足。 旋轉(zhuǎn)式導(dǎo)向工具的缺點(diǎn) 由于阻力矩、鉆頭扭矩和可能的鉆柱扭轉(zhuǎn)彎曲可能導(dǎo)致下部鉆柱的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)，同時(shí)導(dǎo)向控制難度大，投資也大。 目前旋轉(zhuǎn)式導(dǎo)向工具主要有：VDS自動(dòng)垂直直井鉆井系統(tǒng)、SDD自動(dòng)直井鉆井系統(tǒng)、ADD自動(dòng)定向鉆井系統(tǒng)、RSD旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)、RCLS旋轉(zhuǎn)閉環(huán)鉆井系

5、統(tǒng)等。2、旋轉(zhuǎn)式導(dǎo)向(do xin)工具共三十一頁(yè)共三十一頁(yè)共三十一頁(yè) 導(dǎo)向(do xin)方式主要有兩種：幾何導(dǎo)向(do xin)和地質(zhì)導(dǎo)向(do xin)。 1、 幾何導(dǎo)向 由井下隨鉆測(cè)量工具（MWD/LWD）測(cè)量的幾何參數(shù)，井斜、方位和工具面的數(shù)值傳給控制系統(tǒng)，由控制系統(tǒng)及時(shí)糾正和控制井眼沿預(yù)定的井眼軌跡前進(jìn)。 2、 地質(zhì)導(dǎo)向 地質(zhì)導(dǎo)向是在擁有幾何導(dǎo)向的能力的同時(shí)，又能根據(jù)隨鉆測(cè)井（LWD）得出的地質(zhì)參數(shù)（地層巖性、地層層面、油層特點(diǎn)等），實(shí)時(shí)控制井眼軌跡，使鉆頭沿著地層的最優(yōu)位置鉆進(jìn)。這樣可在預(yù)先不掌握地層特性的情況下實(shí)現(xiàn)最優(yōu)控制。三、導(dǎo)向(do xin)方式共三十一頁(yè)地質(zhì)導(dǎo)向 利用近

6、鉆頭處實(shí)時(shí)采集的地質(zhì)地層參數(shù)，超前預(yù)測(cè)和識(shí)別油氣層，并根據(jù)(gnj)需要調(diào)整井眼軌跡，引導(dǎo)鉆頭準(zhǔn)確鉆達(dá)油氣富集區(qū)域。 地質(zhì)導(dǎo)向的技術(shù)關(guān)鍵是近鉆頭處地層參數(shù)、井眼軌跡參數(shù)和鉆頭工作參數(shù)的實(shí)時(shí)測(cè)量。 國(guó)外對(duì)地質(zhì)導(dǎo)向的研究始于八十年代末，主要有美國(guó)、英國(guó)、德國(guó)、法國(guó)和挪威等國(guó)家。1993年由Anadrill公司研制成功了鉆井、測(cè)井綜合評(píng)價(jià)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了地質(zhì)導(dǎo)向。四、地質(zhì)(dzh)導(dǎo)向鉆井共三十一頁(yè) 1、連續(xù)井眼軌跡控制，減少起下鉆次數(shù)； 2、近鉆頭處的井斜傳感器減少了大斜度井、水平井的井斜誤差，增強(qiáng)了井眼位移延伸的能力，減少了鉆柱的摩阻； 3、近鉆頭鉆速傳感器可幫助司鉆最佳使用導(dǎo)向馬達(dá)，提高機(jī)械鉆速，

7、延長(zhǎng)馬達(dá)的使用壽命，減少起下鉆換鉆具的時(shí)間； 4、近鉆頭傳感器使鉆頭處參數(shù)測(cè)量的滯后時(shí)間接近于零，能使井眼最大限度地保持在油氣層內(nèi)； 5、方位伽馬射線測(cè)量能在鉆頭處進(jìn)行地層(dcng)對(duì)比，這對(duì)探測(cè)標(biāo)志層、確定套管下深和取心層位是非常有用的，同時(shí)還可使司鉆確知是否鉆穿地層(dcng)的頂部或者底部； 6、定性的電阻率測(cè)量能夠?qū)崟r(shí)顯示油氣和巖性，這對(duì)地層對(duì)比和確定油氣水界面是非常有用的； 7、方位電阻率可使司鉆得知油水、油氣和其它液相界面流體邊界的方向。（一）地質(zhì)(dzh)導(dǎo)向的優(yōu)越性共三十一頁(yè) 鉆井之前首先了解地質(zhì)結(jié)構(gòu).把地震資料、鄰井的相關(guān)測(cè)井資料和其他(qt)石油物理數(shù)據(jù)結(jié)合在一起進(jìn)行分析

8、。地震質(zhì)料能揭示大量的地質(zhì)地層特性，如地層傾角、斷層、橫向延伸以及不連續(xù)性。根據(jù)掌握的資料可繪出詳細(xì)的油藏圖，確定流體的接觸情況、壓力分布情況，以及油藏參數(shù)的空間變化，進(jìn)行敏感性研究，以確定井眼位置對(duì)產(chǎn)能的影響。 把以上資料、限制條件以及軌道設(shè)計(jì)中的不確定因素結(jié)合起來(lái)設(shè)計(jì)井眼軌道，同時(shí)對(duì)不同的方案進(jìn)行成本或效益分析，可得到一個(gè)優(yōu)化的目標(biāo)和井眼軌道設(shè)計(jì)。 設(shè)計(jì)步驟： 1、對(duì)大斜度井的預(yù)期目標(biāo)建立依據(jù)； 2、評(píng)估可用的地震資料； 3、計(jì)算和評(píng)估鄰井的測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)； 4、評(píng)估鄰井/油田的生產(chǎn)數(shù)據(jù)； 5、選擇目標(biāo)段； （二）地質(zhì)(dzh)導(dǎo)向設(shè)計(jì)的步驟共三十一頁(yè) 6、設(shè)計(jì)和優(yōu)化井身軌跡剖面； 7、確定目的

9、層內(nèi)井眼合適位置的允許誤差及風(fēng)險(xiǎn)； 8、完成鉆井評(píng)估/完井計(jì)劃； 9、開(kāi)鉆，將垂直井段鉆至造斜點(diǎn)并進(jìn)行初始定向鉆井； 10、進(jìn)行地質(zhì)對(duì)比和目標(biāo)控制； 11、需要時(shí)在最后的造斜段調(diào)整井眼軌跡剖面； 12、使鉆頭準(zhǔn)確定位于水平井入口點(diǎn)處； 13、監(jiān)測(cè)大斜度井段的軌跡及導(dǎo)向能力； 14、確定鉆頭的前探距離(jl)及預(yù)測(cè)異常情況的位置； 15、對(duì)地質(zhì)上的意外情況采取補(bǔ)救方法，必要時(shí)采取繞障法或做出側(cè)鉆決策； 16、用關(guān)于井眼穩(wěn)定性風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的最新資料來(lái)有效地確定總井深； 17、根據(jù)達(dá)到的設(shè)計(jì)目標(biāo)或已鉆井段中所遇到的不可接受的風(fēng)險(xiǎn)值來(lái)確定總井深。共三十一頁(yè) （三）地質(zhì)導(dǎo)向系統(tǒng) 地質(zhì)導(dǎo)向系統(tǒng)是把井眼軌跡測(cè)量

10、和地層特性參數(shù)測(cè)量的傳感器以短節(jié)的形式裝在近鉆頭位置，測(cè)量的數(shù)據(jù)通過(guò)電磁波或電纜傳給MWD，再通過(guò)泥漿脈沖把信息傳到地面，供控制人員識(shí)別地下(dxi)情況，調(diào)整井眼軌跡。 1、地質(zhì)導(dǎo)向系統(tǒng)的組成 地質(zhì)導(dǎo)向系統(tǒng)： 馬達(dá)(md) 近鉆頭電阻率測(cè)井儀 伽馬射線測(cè)井儀 幾何參數(shù)測(cè)井儀 典型的地質(zhì)導(dǎo)向BHA圖共三十一頁(yè)Anadrill公司研制(ynzh)的IDEAL系統(tǒng)共三十一頁(yè) 2、地質(zhì)導(dǎo)向(do xin)工具 在導(dǎo)向馬達(dá)的殼體內(nèi)安裝多種傳感器組件，使導(dǎo)向馬達(dá)儀器化。工具直接與鉆頭相連，測(cè)量近鉆頭處的電阻率、自然伽瑪、井斜及鉆頭轉(zhuǎn)速等。共三十一頁(yè) （1）近鉆頭電阻率工具（RAB） RAB是一種儀器化的

11、近鉆頭穩(wěn)定器，直接與鉆頭相連(xin lin)，測(cè)量近鉆頭處的電阻率、自然伽瑪、井斜和振動(dòng)等參數(shù)。其最大特點(diǎn)是利用測(cè)得的數(shù)據(jù)進(jìn)行地層評(píng)價(jià)、裂縫、薄產(chǎn)層或滲透性產(chǎn)層的檢測(cè)。RAB的測(cè)量(cling)原理圖利用環(huán)狀電極測(cè)電阻率共三十一頁(yè) （2）鉆井參數(shù)測(cè)量工具 測(cè)量井下的鉆壓、扭矩、鉆頭壓降及環(huán)空壓降等。 （3）動(dòng)力脈沖MWD 可測(cè)量井斜、方位和鉆柱振動(dòng)等參數(shù)，并用連續(xù)載波編碼技術(shù)將數(shù)據(jù)傳至地面(dmin)。 （4）補(bǔ)償雙電阻率（CDR）及中子密度儀 測(cè)井眼補(bǔ)償感應(yīng)電阻率、自然伽瑪、中子密度等。共三十一頁(yè)Anadrill公司的地質(zhì)導(dǎo)向(do xin)工具共三十一頁(yè)隨鉆地層評(píng)價(jià)(pngji)系統(tǒng)共三

12、十一頁(yè)共三十一頁(yè)概念 自動(dòng)垂直鉆井系統(tǒng)實(shí)際上是垂直導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用自動(dòng)變徑工具，對(duì)鉆頭施加徑向力，克服鉆頭的側(cè)向力，自動(dòng)糾斜，保證鉆頭垂直鉆進(jìn)。 自動(dòng)垂直鉆井系統(tǒng)的研究始于80年代末，以德國(guó)、美國(guó)為代表。當(dāng)時(shí)德國(guó)正實(shí)施KTB（超深井鉆井）計(jì)劃，自動(dòng)垂直鉆井系統(tǒng)是德國(guó) 專為KTB計(jì)劃而設(shè)計(jì)的，1988年到1992年，先后開(kāi)發(fā)了5種型號(hào)的VDS系統(tǒng)。在鉆進(jìn)過(guò)程(guchng)中可自動(dòng)使井眼保持垂直。 在KTB項(xiàng)目中，VDS系統(tǒng)共下井80多次，每次工作42小時(shí)，最大使用井深達(dá)到7200米，大部分的井井斜都小于10，最大的2.50, 對(duì)井斜的控制取得了顯著的效果。五、自動(dòng)(zdng)垂直鉆井系

13、統(tǒng)（VDS）共三十一頁(yè)1988-1992年，德國(guó)和美國(guó)聯(lián)合研制(ynzh)了5種VDS垂直鉆井系統(tǒng) VDS-1 VDS-2 VDS-3 VDS-4 VDS-5共三十一頁(yè) 1、VDS系統(tǒng)的基本原理 VDS系統(tǒng)是在傳動(dòng)軸外殼上裝有自動(dòng)伸縮(shn su)的扶正器的井下馬達(dá)系統(tǒng)。系統(tǒng)由井下工具、壓力傳感器、地面控制裝置和司鉆顯示器組成。共三十一頁(yè) 工作原理 在鉆井過(guò)程中，當(dāng)井眼偏離垂直方向而向某一方向造斜時(shí)，其內(nèi)部的電子控制(kngzh)電路檢測(cè)到井斜傳感器測(cè)出的井斜信號(hào)，并通過(guò)控制(kngzh)電磁閥的電流，改變四個(gè)液缸內(nèi)的壓力，推動(dòng)其上面的四個(gè)可伸展的翼肋，使其壓靠并支撐井壁，同時(shí)利用井壁的反作

14、用力推動(dòng)鉆頭沿井斜相反的方向鉆進(jìn)。由于電子控制(kngzh)電路實(shí)時(shí)采集井斜數(shù)據(jù)，并對(duì)液缸加以控制(kngzh)，就保證了鉆頭始終以垂直狀態(tài)鉆進(jìn)。共三十一頁(yè) 2、導(dǎo)向裝置工作方式 為最大限度地增大導(dǎo)想作用力，導(dǎo)向工具(gngj)應(yīng)盡可能靠近鉆頭。導(dǎo)向裝置有兩種工作方式： 近鉆頭外部導(dǎo)向 近鉆頭內(nèi)部導(dǎo)向共三十一頁(yè) SDD自動(dòng)直井鉆井系統(tǒng) SDD自動(dòng)直井鉆井系統(tǒng)是由Agip公司和Baker Hughes公司在VDS系統(tǒng)基礎(chǔ)上聯(lián)合研制的新一代自動(dòng)直井鉆井系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有(jyu)商業(yè)性推廣價(jià)值。該系統(tǒng)提供了一種能夠自動(dòng)連續(xù)鉆直井，而無(wú)須地面人員參于過(guò)程控制的垂直導(dǎo)向裝置。共三十一頁(yè) SDD系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn) （1）連續(xù)測(cè)量井斜； （2）連續(xù)校正任何微小(wixio)的井斜； （3）井下自動(dòng)導(dǎo)向； （4）地面可實(shí)時(shí)監(jiān)控井眼軌跡和井下工具的工作狀態(tài)； （5）壽命可超過(guò)鉆頭壽命。共三十一頁(yè)六、自動(dòng)(zdng)導(dǎo)向的關(guān)鍵技術(shù)導(dǎo)向(do xin)工具導(dǎo)向工具1、旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具2、參數(shù)（地質(zhì)參數(shù)、鉆頭工作參數(shù)、井眼軌 跡參 數(shù)）的實(shí)時(shí) 測(cè)量、評(píng)價(jià)與控制3、信號(hào)傳輸技術(shù)（雙向通訊）共三十一頁(yè)內(nèi)容摘要第十講。國(guó)外對(duì)地質(zhì)導(dǎo)向的研究始于八十年代末，主要有美國(guó)、英國(guó)、德國(guó)、法國(guó)(f u)和挪威等國(guó)家。199