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三维地质导向服务为大位移井轻松找油

三维地质导向服务为大位移井轻松找油

日益精密复杂的工具协助司钻们打大位移井时“不跑偏”—而其重要性在高成本的深水环境下显得更为突出。

来自 | Upstream
编译 | 张毅

大位移钻井,特别在深水环境,成本高昂且技术复杂。作业中犯得错误往往会导致作业者被迫花费上百万美金来进行补救作业,定向井工程师需要用地质导向技术使钻头处于目标区域内,同时保证井眼与储藏接触面积最大化,从而得到最优投资回报。

在传统方法中,定向井工程师会使用不同类型的磁测斜工具为钻头定位。但此类工具往往存在固有误差,这也是作业者和油服公司一直在努力克服的难题。第一,这类工具的测斜需要依赖于地球辞呈,而磁场是随地点而变化的;第二,任何测斜工具所获得的参数,都会由于工具类型的不同而产生不同程度的不确定性,由于大位移井距离较远,导致这些不确定性不断累积,最终造成很大偏差。

Merlin大位移井工程经理Neil Armstrong说道:“通常来讲,传统思路是尽量将测斜的不确定性最小化。与其选用磁重力面标准模型,倒不如选用就地测斜或内场数据。不同数据会带来不同的偏差,所以如果总是使用同一种工具,则会在同轴或同一方向上造成偏差累积,但如果选用不同工具,则能够降低这类误差。”

如今,测斜摘要用于记录井位,以满足法规要求,同时规避未来打井时出现井眼轨迹重叠碰撞的风险。而对于控制井眼轨迹,多数定向井工程师会选择使用地质导向技术。例如使用配备了旋转导向技术的BHA来控制井眼走向;使用随钻测井地层评价工具来识别所钻地层的特征;而确定储层上下边界通常依靠测量电阻率。

更佳的工具

近年来,电阻率工具取得了很大技术进步。“第一款工具大约在15年前开始试用,”Armstrong说道,“他们通过电阻率对比度来判断与边界的距离,定向井工程师一句工具测得的数据来做判断。新型的地层评价工具能够测量到钻头前方的电阻率。”

要想在后期更快速地下套管并完成完钻作业,定向井工程师必须要在恰当的深度进入水平段,并以恰当的井斜角进入储层。但作业者仅仅依靠邻井与地震参数往往得不到足够多的信息,或者说得不到足够确定的信息。

三维地质导向服务为大位移井轻松找油

图1.井下探测器。近钻头伽马传感器可以提供近钻头方位伽马射线读数;地质上的变化会即刻被识别出,进而主动地通过地质导向避免更多的井眼弯曲

如果在同一地层打试验井,则可以解决信息不足的问题。但海上钻机成本高昂,大部分试验井不会进行完井生产,上述方法就变得十分昂贵了。

另外,作业者还使用了传统的LWD电阻率测量方法为钻具进入储层进行导向,并控制井眼轨迹。但大部分目标储层的上覆岩层均为导电地层,而传统电阻率测量工具却仅能测量非导电地层。

在进入目标砂层打8-1/2in井眼前,作业者会先下入12-1/4in套管;如果储层比预期的更前,那么定向井工程师会在钻开套管鞋后以高井斜钻入产层。而随之而来的,就是井斜变化率过高,限制完井作业。

意外的浅储层可能会导致定向井工程师钻穿储层底部,而重新进入储层则要再转向向上钻进,造成井底部出现U型轨迹。

定向井工程师面临的挑战

如果储层比预测更深,则会导致定向井工程师提前进入水平段,导致水平段位于储层之上。因此,定向井工程师所面临的挑战在于,如何确定最优的12-1/4in套管靴深度。

有些情况下,作业者可以参考临井资料来确定上覆岩层中的标志层,进而识别出钻头与产层的合适距离。然而在很多情况下,上覆岩层无法为伽玛传感器提供可靠的标志层。

作业者可以依据伽玛射线工具识别出目标产层中,具有伽玛射线特征的已知地质标志层,进而确定井底位置。

Armstrong提到:“在传统方法中,如果你的旋转导向工具长度为30英尺,伽马射线传感器15英尺,那么你就需要另外的15英尺距离才能进行数据录取。如果钻头深入产层60英尺,这时你又需要导向,那么你就不得不做出比预期更多的调整,不然就可能来不及了。”

在近钻头BHA组合上装配伽马射线传感器,可以解决上述所有问题。但是这种技术要求定向井工程师在钻入产层前就能确定套管下深。更重要的是,该技术要依靠具有伽马射线特征地质标志层才能实现。

为了应对上述限制,LWD服务商已经开发出了一款电阻率LWD工具,能够测量距离井眼更远范围的电阻率。该工具于2005年面世,第一批此类深层导向电阻率LWD工具测深为5米;经过近年来的发展,目前测深已达到30米。具备此项能力后,定向井工程师就能够主动对井进行导向,也就能有效地避免由纠正井斜角或钻头方位所造成的井眼弯曲。

不确定性

尽管如此,在钻深水长水平段时还是会经常遭遇困难,原因在于地震资料的不确定性、复杂的地质条件以及低电阻率地层限制了深方位电阻率工具,进而导致定向井工程师可能无法确定出层上部深度或储层倾角。因此,定向井工程师很难确认钻穿储层最优的井斜角;同时,在进行大位移井作业时,储层上下边界信息也很难取得。

为了解决上述问题,Sperry钻井服务部门开发了三维地质导向服务,该服务把电子三维地质地球模型、定向井程序、岩石物理模型以及实时LWD传感器数据全部整合到一个交互式地质导向应用中。LWD资料与StrataSreer三维软件相结合,能够为储层钻入点同时实现预测和建模功能。

哈里伯顿Sperry钻井部门技术顾问Shaikh Aamir评论道,“地震中的不确定性以及缺少临井相互关系,共同造成了地下地质情况中的不确定性。“然而,倾角拾取、构造分析的实时图像,加之依据最新实时信息过滤现有信息,再对比选定的临井信息,就能帮助我们对地下地质情况更深入的了解,进而协助我们获得精确定位。 ”

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