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测井工具推陈出新 大位移井钻井技术日新月异

测井工具推陈出新 大位移井钻井技术日新月异

在高成本、超深大位移井钻井作业中,保证井眼始终在储层内延伸是非常关键的,而当前越来越多的先进工具可以帮助钻井公司实现这一目标。

来自 | Upstream
编译 | 白小明

大位移井的钻井作业相当复杂,且成本极高,特别是深水环境的大位移井。一旦作业过程中出现失误,作业公司需要花费数百万美元来弥补,为了获得最佳的投资回报率,钻井公司会使用地质导向技术来保证钻头始终在目标地层内穿行,并最大限度地扩大与储层的接触面积。

一般来说,定向工程师使用各种类型的磁性测量工具来定位钻头的位置,而这些工具有两个固有误差源需要作业公司和服务公司解决。

这些工具依赖于地球磁场作业,而磁场随地理位置变化。此外,所有测量工具测得的数据都会受各工具自身特有的不确定性的影响。

因为大位移井钻井(ERD)的特点就是水平段长,这些不确定性不断累积,最终可能导致重大问题。

Merlin ERD工程经理Neil Armstrong表示,“一般来讲,常规的应对策略是尽量减小测量的不确定性。”

“工作人员使用本地磁性测量数据或油田内部参考资料,而不是使用以磁性和重力数据作为参考的标准模型。”

Armstrong称,“不同的工具有不同的误差,因此,如果每次都使用相同的测量工具,则误差会在相同的轴或方向上累积。如果交替使用不同的测量工具,则可减少这些误差。”

如今,为满足监管要求,测量数据主要用于记录井眼轨迹位置,并用于今后钻井作业的防碰。

但为了控制井眼方向,大多数定向工程师如今采用地质导向,底部钻具组合中带有旋转导向系统(控制轨迹)和随钻测井(LWD)地层评价工具(描述已钻地层特性)。

定向工程师通常依靠电阻率测量数据来确定地层上下边界的位置。

更先进的工具

电阻率测量工具的最新进展大大提高了这种方法(地质导向)的效用。

Armstrong表示,“大约在15年前,人们首次通过对比电阻率数据来确定井眼与边界的距离,之后定向工程师基于这些数据进行轨迹控制。新一代的地层评价工具还具有测量钻头前方电阻率的能力。”

为了保证井眼方便下入套管并进行完井,定向工程师必须在适当的深度开始造斜,使井眼按合理的井斜角进入地层并达到水平。

为了获得这些信息,作业公司不得不求助于邻井数据和地震数据,而这些数据通常是不足的,或者不确定性极高。

测井工具推陈出新 大位移井钻井技术日新月异

上图为井下探测器:近钻头伽马传感器提供钻头附近的方位伽马数据,可以立即探测到地层变化,主动进行地质导向,避免不必要的井眼弯曲。

解决这种信息匮乏问题的一个方案就是钻试验井。然而,由于深水钻井成本高,而且这些井可能并不会完井,使得这种方法成了一种非常昂贵的数据采集方案。

作业公司也使用常规的LWD电阻率数据来控制井眼进入地层和井眼轨迹。

然而,目标地层上部大多数上覆地层都是导电的,而传统的电阻率工具仅在非导电地层中有效。

在优化分支井眼轨迹方面,缺乏深度控制造成的后果可能非常严重。

在进入目标砂岩钻8-1/2 in井眼之前,作业公司通常会先下一层12-1/4in套管。如果目标地层比预期的浅,定向工程师需要在钻出套管鞋之后增斜,以大井斜角进入地层。

而这可能导致狗腿度较大,会给完井作业带来一些困难。

遇到地层比预期浅的情况,定向工程师需要离开地层底部,重新进入地层,这就需要重调方向,最终会导致井斜上扬,轨迹上翘,在井眼底部形成一个坑。

定向工程师的挑战

如果地层深度超过预期,可能会导致井眼提前达到水平,造成钻头在目标地层上部水平钻进,或井眼轨迹在目标区域次优段穿行。

因此,定向工程师面临的挑战主要是确定12-1/4in套管的最佳下入深度。

在某些情况下,为确定钻头与储层砂岩的可接受距离,作业公司可以对比邻井数据与上覆岩层中的标志层。但是在多数情况下,上覆地层并没有可靠的标志层。

作业公司使用伽马射线(GR)工具识别目标地层中的具有GR特征地质标志层,可以帮助确定井底的位置。

然而,传统的GR传感器位于钻头上方约45ft处,这意味着只有钻入地层才能获得测井数据。

Armstrong表示,“一般来说,旋转导向工具长30ft,伽马射线传感器长15ft,还有另外的15ft,因此仅能获得15ft的测量数据。”

“所以需要进入地层60ft,如果你确实需要进行导向以修正轨迹,那么你可能要完成比预期更多的调整工作,有时甚至采取调整措施已经来不及了。”

近年来,由于GR传感器已经可以安装在非常靠近钻头的BHA附近,上述缺陷已经得到了解决。然而,该工具仍需在确定套管下入深度前进入地层,更重要的是,该技术依赖于含GR特征的地质标志层。

针对这一局限性,LWD服务提供商已经发布了能够测量离井筒较远地层电阻率的LWD工具。

2005年首次推出的这些深电阻率LWD工具,已经能够测量远离工具5m左右的电阻率数据,经过随后几年的升级改进,已经可以测量距离井眼30m以上地层的电阻率数据。

具备这种能力后,定向工程师可以在大段地层内主动进行地质导向,有效避免了井眼轨迹弯曲的问题(井眼轨迹弯曲通常是为了保证轨迹在地层内,突然改变井斜角或方位角所造成的)。

不确定性

尽管如此,由于钻深水大位移井通常存在许多困难,如地震数据不确定、地质结构复杂、地层电阻率低等,这些都限制了深电阻率测井工具的探测深度,导致定向工程师可能无法确定储层顶部深度或储层的倾角。

因此,在大位移井钻井作业期间,定向工程师很难确定进入地层的最佳井斜角以及油藏的上下边界,而这些数据主要用于保证井眼轨迹能够在目标地层内穿行。

为了解决这些不确定性问题,Sperry钻井服务公司研发了3D地质导向服务,将数字3D地质模型、定向井设计、岩石物理模型和实时LWD传感器数据集成到了一个交互式的地质导向应用程序中。

将LWD数据与Sperry公司的StrataSteer 3D软件相结合,能够预测并建立油藏进入点顶部的模型。

哈里伯顿Sperry钻井的高级技术顾问Shaikh Aamir称,“地震的不确定性以及邻井间对比资料的缺乏,导致了地质预测的不确定性。”

“然而,工作人员通过利用实时图像选择倾角,进行地层结构分析,以及使用新的实时数据过滤现有信息并将其与选择的邻井进行关联对比,可以更好地理解储层的地质构造,从而可以准确进行井眼轨迹控制。”

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白矾
石油圈认证作者
毕业于中国石油大学(华东),油气井工程硕士,长期聚焦国内外石油行业前沿技术装备信息,具有数十万字技术文献翻译经验。