地质导向技术及其应用
李善云,钟安武
(中国石油天然气勘探开发公司)
摘 要:随着水平井在石油开采中越来越广泛地应用和水平段延伸地越来越长,作为水平井钻井技
术和测井技术的一体化技术——地质导向技术在石油行业中得到了广泛地应用。本文首先介绍了地质
导向技术的基本原理及其优点,然后以文昌油田为例介绍了地质导向技术对钻井的实时的监测和引导
作用,并以另外一口没使用地质导向技术的井作为参照对比,显示出地质导向技术在水平钻井中的优越
性。
关键词:质导向技术;测井技术;水平井;储层;前端控制
中图分类号:TE243 文献标识码:A 文章编号:1006—7981(2010)23—0078—03
井眼轨迹进入水平的油气层时必需具有相当的
精确度,同时整个水平段的钻进必须在油气层中穿
行,这就要求水平段的钻进必需根据地层的变化来
作出相应的变化,比如垂深的调整,方向的调整以及
进尺量的调整等等。传统的技术和手段已显得力不
从心,必须要有一种新的技术来满足这种更为严格
的要求。
1 地质导向技术(GeoSteeringTechnology)
地质导向,顾名思义就是根据地质上的要求和
地层上的变化来控制井眼前进的方向。地质导向技
术能够让定向井工程师和地质师随着钻进的进行实时地捕捉到地层的变化,从而及时地做出决策,使钻
井作业的整个过程能够做到未雨绸缪。
钻头距测量仪器的测点远近会因井底钻具结构
的不同而发生变化,一般在15到30m左右。已经有
很多井眼因为测点距钻头太远而取不到钻头处实时
的数据而在水平段钻到储层的上部或下部。而地质
导向技术具有革命性意义的一点就是将数据采集点
放在离钻头很近的地方,使测量数据能及时地反映
钻头处的地层和钻进情况。下面对应用较为广泛的
斯伦贝谢Anadrill公司的地质导向系统作一简单介
绍。地质导向系统可以分为3个部分:
图4 新华电源配电箱的电原理图3.1.1 新华电源交流供电电源配电箱图如下:电源
配电箱采用两路220VAC输入,经过滤波之后作为
DPU和I/O电源,并提供一路切换后的电源,作为
应用设备和其它调试设备的电源。同时,配电箱还具有报警功能,可分别输出各路电源的掉电报警。图3
为电源配电箱的外型图,图4为电源配电部分的电
原理图。
4 整改后运行效果
改造后海勃湾发电厂两台330MW机组ETS电
源经过多次切换试验证明,两台机组ETS电源改造
加装新华公司的电源切换装置后较原设计更具可靠
性,ETS保护因电源切换而导致的误动跳机事故隐
患彻底根除,从而提高海勃湾发电厂两台330MW
机组运行的可靠性,保证了ETS装置的正确动作
率。
[参考文献]
[1] 新华公司XDPS系统手册.
[2] 法国MODICON公司的QUANTUM系列
PLC说明书.78内蒙古石油化工 2010年第23期
收稿日期:2010-10-15作者简介:李善云(1973-),男,吉林敦化人,本科学历,1997年毕业于江汉石油学院,钻井工程专业,现在中国石油天
然气勘探开发公司(CNODC)从事海上钻井工作。1.1 地质导向工具(GeoSteeringTool,GST)
地质导向工具(GST)实际上是一根装有电阻
率、伽马、井斜以及马达转速传感器的正容积式的导
向马达,这根导向马达上同时还装有电磁波发射器。
GST可分为三个部分:
1.1.1 导向马达导向马达为Anadrill生产的
PowerPak系列马达,其为双弯马达,固定弯度为0.
75度或1.25度,可调弯度范围为0度到3度。
1.1.2 数据采集传感器总成传感器总成包括电阻
率传感器,转速传感器,伽马传感器,工具面传感器
以及井斜传感器。
1.1.3 电磁波发射器(Electromagnetic
transmitter)电磁波发射器位于传感器总成的下面,
其所起的作用就是将上面所说的这些传感器采集到
的数据利用电磁波传送出去。
1.2 RWOB电磁波接收器及PowerPulseTool随
钻测量仪器
1.2.1 RWOB电磁波接收器RWOB位于
PowerPulseTool下面,其接收来自GST的电磁信
号并将电磁信号传送给PowerPulseTool,最后由
PowerPulseTool将这些信号传送到地面。
1.2.2 PowerPulseTool随钻测量仪器
PowerPulseTool是整个地质导向系统里非常重要
的一个部分。PowerPulseTool产生并发送加载上
数据的泥浆脉冲,发送出去的泥浆脉冲由地面接收、
检测和翻译即可获得井底数据。
1.3 地面检测和监控系统
由PowerPulseTool调谐的压力脉冲传到地面
后,由装在立管上的一个(或两个)压力传感器检测
出来,然后再输入到计算机,由计算机将调谐的信号
解调出来,再自动翻译成人可理解的文字、曲线和图
片。地质导向系统可大致如图1所示。
图1 地质导向系统组成示意图地质导向技术与LWD技术的最大不同之处在于前者提供的是距钻头只有几米处的数据,而后者
传感器的位置视钻具结构的不同距钻头有15～30m的距离。只有获得了相关的地质数据、钻井参数及石
油物理上的数据才可能对井眼的钻进导向,而GST
系统就恰好能提供所需数据。
2 地质导向技术示例
如图2所示的地层情况,水平段要穿越一个断
层,这个断层由于地层的运动而发生错位。如果我们
缺乏地质导向技术,这个井段完全按设计的轨迹路
线来打的话,其后果是可想而知的。即使事先设计时
我们考虑到有一个地层倾角的存在,而因地层的断
裂、运动所造成的层位的错动也会使井眼脱离储层。
如果使用了地质导向技术,一旦钻头处的测井传感
器捕捉到地层的变化,地质师和定向井工程师可迅
速作出判断,决定下一步井眼的走向,确保在整个水
平段中钻头始终穿行在储层里头。
图2 地质导向技术断层使用示意图3 地质导向技术在文昌油田的应用实例
在文昌13-1油田的9口丛式井中有3口是水
平井,全部采用地质导向技术钻进,在进入水平段
时,实际的钻头位置和设计的相比较,相差只有0.
5m左右,从现场使用的效果来看,令作业者满意。
这里仅介绍地质导向技术在A3h的使用情况,
并将其与涠11-4油田的A6C井作比较。选择A3h井并将其与涠11-4-A6C井作对比的理由如下:
3.1 文昌13-1-A3h井的基本情况
A3h是一口双增水平井,两次造斜的狗腿度都
为3.0degs/30m,要求进入水平段窗口的着陆点和
设计相比较在垂深上上下相差不能超过1.0m。这
个水平段主要是开发珠江组二段I油组上段的油
层,油层顶深1397.40mTVD,斜厚为742.30m。要求
井眼轨迹沿着距油层顶部3.6m垂深处往前走,整
个水平段设计总长为680m。
3.2 文昌13-1-A3h井的现场作业情况
A阶段1:钻完水泥塞出套管后,便开始滑动钻
进,同时结合转盘旋转钻进。当钻进至着陆点井深
1987.00mMD时,井斜89.15度,方位49.03度,垂
深为1401.66m,而设计的垂深为1401.40m,相差只
有0.26m。
B阶段2:进入水平窗口后,便开始旋转稳斜钻
进,同时根据设计的要求,间断滑动调整方位。从窗
口1987.00mMD处到井深2245.00mMD为止轨迹79 2010年第23期 李善云等 地质导向技术及其应用控制质量高,从测井资料上来看油层显示良好。
C阶段3:但从2245.00mMD开始,地质导向工
具(GST)电阻率下降、伽马值上升,表明钻头进入泥
岩。根据地质师和定向井工程师的意见——油层顶
部的泥岩盖层下移了,油层也随之下移——遂决定
降低井斜,使井眼轨迹下行寻找油层。在2245.
00mMD处的井斜为91.00度,垂深1403.62m。从实
钻情况来看,由于井眼是在距油层顶3.6m处钻进
泥岩的,也就是说,井眼的垂深至少需要一定的增加
量后才可能重新进入到油层中。正如上文所述,在水
平井段要求很快增加垂深或降低垂深,都是不太现
实的。
D阶段4:在井眼逐步下行的过程中,GST测井
曲线一直显示钻头在泥岩中钻进。当钻至2360.
00mMD时,井斜已达87.28度,垂深为1407.01m,
比此点的设计垂深1404.90m已下移了2.11m,但是
GST的电阻率仍然起不来,伽马值仍然下不来。
E阶段5:再继续钻进至2402.00mMD,此时垂
深为1409.00m,比该点的设计垂深1405.34m已加
深3.66m,仍然没找到油层。由于水层的顶部在
1410.00mTVD左右,向下继续寻找油层已没有意
义,故在此完井,结束全井作业。
整个水平段的实际进尺为415m,由于地层的变
化,有效进尺只有258m。虽说比设计的680m的水平
段少了很多,但正因为了使用地质导向技术,才使现
场作业根据实际地层变化及时作出相应的变化,相
比只按设计打680m的水平进尺而不顾实际情况而
言,节约了钻井时间和钻井费用。
3.3 对比井涠11-4-A6C
涠11-4-A6C是从7“尾管开窗侧钻出去的6”
小井眼的水平井,设计水平段长200m。A6C井先钻
领眼井,确定油层、水层的深度,然后再打生产井。领
眼井确定的主力油层角尾组II油组的油层顶在974.10mTVD,水层顶部在987.70mTVD,并且在974.00
mTVD至975.00mTVD大约1.5m左右的范围内油
气显示特别好,电阻率高达25～30ohm-m。
A6C井在斜深1224.64mMD处进入水平窗口,
井斜86.14度,垂深975.50m,从实时的LWD测井
曲线来看,LWD的电阻率值约为20.0ohm-m左
右,地质师要求轨迹上行返回到高油气显示层位中,
遂决定滑动增斜上行寻找此层位。在向上增斜滑动寻找高油气层位时,电阻率和
伽马值显示渐渐变差,从测井曲线来判断,已进入上
覆泥岩层。在这种情况下地质师判断所谓的高油气
层已消失,无需再寻找;要求轨迹下行,按设计的井
眼轨迹来钻进。
由于无地质导向工具,而LWD的电阻率、伽马
传感器及井斜、方位传感器离钻头大约有15～20m的距离,在向上寻找高油气层的过程中,由于LWD测点的滞后造成了这样一个事实:即当从测井曲线
发现井眼进入泥岩时钻头在泥岩中已走了大约15～
20m左右,到地质师给出新的指令为止,钻头总共
钻了约30m左右的泥岩;这时井底井斜已有大约90.
20度左右,从90.20度下降至设计线需大约50m左
右的水平位移。这样总共约有80m的水平段是泥
岩,无法开采出石油。
如果使用了地质导向技术,在发现钻头进入泥
岩时便可立即停止增斜钻进,转而降斜回到储层中,
这样就避免了水平位移近80m的白白浪费,保证了
整个水平段的采收率。
4 结论
4.1 地质导向技术的出现实际上是一种钻井思维
模式的革新,它将依照设计好的井眼轨迹定向钻进
的几何思维模式转变为根据现场钻进的地层变化情
况来随时调整井眼轨迹前进方向的地质思维模式。
4.2 地质导向技术使用了随钻测井的思想,将测点
下移至钻头附近,从而使作业人员能及时地了解钻
头处的钻井情况以及地层情况,从而来作出相应的
技术上的调整。我们将其称为前端控制技术。
4.3 近钻头处的井斜传感器使定向井工程师能及
时准确地根据设计来调整轨迹,保持较高质量的轨
迹控制。
4.4 质量要求高的井眼轨迹控制过程中使用地质
导向技术,将会有效地提高钻井时效和钻井质量。[参考文献]
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[R].中国石化出版社,2002.
[2] 罗万静,王晓东,李义娟.钻井的眼睛——地
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16(2).
[3] 游莉.地质导向技术综述[J].江汉石油科技,
2008,18(1).
Abstract:Sincehorizontalandextended-reachdrillingarewidelyusedinpetroleumexploration,an
integrateddownholeGeoSteeringTechnologyhasbeengreatlyappliedasanewdrillingandlogging
methodinpetroleumindustry.FirstthearticleintroducesthebasictheoryandadvantagesofGeosteering
Technology,thendiscussesthetechnology'sreal-timesupervisingandorientingfunctioninWenchang
OilFieldandalsointroducesanotherreferencewellincomparisontoprovetheprivilegesinhorizontaland
extended-reachdrillingofGeoSteeringTechnology.
KeyWords:GeosteeringTechnology;LoggingTechnology;HorizontalandExtended-reachDrilling;
Front-endControl80内蒙古石油化工 2010年第23期