旋轉導向系統在深層頁巖油水平井的應用

劉鑫 仲蕾

摘 要：近年來深層頁巖油水平井的開發數量不斷增多，頁巖油已成為全球非常規油氣資源開發的重要領域，針對頁巖油的勘探和開發，水平井已經成為目前采用的主要技術之一。為了解決在鉆井過程中高壓、托壓和近距離的防碰、以及測試參考資料等問題，依據方位探測原理，組建了三地層數學模型，并且結合鉆測井曲線推導出相關的公式。

關鍵詞：旋轉導向;深層頁巖油;水平井

前言

隨著頁巖油勘探的不斷發展，為加快油氣田的開發力度，現今的油田開發方案大都以鉆水平井為主，為了實現單井產能的最大化，保證水平井的順利實施，旋轉導向鉆井技術成為井底作業的普遍選擇。旋轉導向系統可以實時檢測出井底的環空壓力，不僅可以提高機械鉆孔的速度，還可以使井眼經過的軌跡變得平整光滑，優化了井深結構，完善了地質導向模型，為后期開發頁巖油也提供了全新的策略。

一、旋轉導向系統的組成及優勢

（一）旋轉導向系統的組成

旋轉導向鉆井技術包含有地面監測系統、隨鉆測量系統和井下旋轉導向工具系統。地面監測系統主要是用來完成一些井下信號的解釋處理、水平井的剖面設計以及井眼的軌跡參數計算工具等等工作;隨鉆測量系統主要包含傳感器模塊、旋轉密度儀等鉆具特性測量工具;井下旋轉導向工具系統包括導向裝置、不含磁力的模塊穩定器等井下工具。

（二）旋轉導向系統的優勢

旋轉導向系統跟常見的鉆測井系統相比較，占有諸多的核心技術優勢，主要具有連續旋轉導向技術、閉環智能鉆井技術、方位咖馬成像技術工程檢測技術等。ECD可以針對井眼的清潔度和井下的異常情況非常準確地反映出來，還可以提前打開報警系統，把施工風險大幅度地降低，如果發生了井漏或者溢流等相對復雜情況時旋轉導向系統就可以給予準確且有效地數據支持它能夠實現巖性和物性等多個參數的測量，可以為工程上的數據、地質方面的導向、測井的精細度以及鉆井的安全，提供它們所需要的服務數據。

二、旋轉導向系統在深層頁巖油水平井的具體應用措施

（一）技術應用

旋轉導向鉆井系統主要有導向頭組成，導向頭負責提供鉆頭井斜和導向功能，鉆進時驅動軸要把鉆柱的動力傳遞給鉆頭，用來完成破巖的過程。導向頭的重力工具面的測量是把液壓驅動翼肋與三軸傳感器相重合，通過對重力加速度的測量就可以估算出它具體在井眼高邊的位置，從而就可以得到導向頭的重力工具面。導向頭可根據動態重力工具面，采取對井眼軌跡的自動調整和控制。當它在井下工作的時候，可以把肋板推放在井壁上，通過肋板對井壁上的合力可以使井眼的中心線偏離，從而就可以使井眼的軌跡發生改變。系統里還設置有自動化智能鉆進模式，這樣只需要井下電腦的自動設置裝備、鉆頭的方向和地面下達的軌跡參數等，就可以使軌跡控制的精度大幅度地提高。水平段的軌跡控制需要按照所計算出的地層傾角來提高目的層的鉆速率，避免了因為沒有辦法來確定目的層頂界的調整而導致軌跡發生不平滑現象和鉆進沒有實用意義的井段。因此為了提高目的層的鉆速率，就必須要實時測井曲線進行監控，通過測井曲線對地層回應來判斷鉆頭在目的層中相對應的位置。利用近鉆頭的井斜、電阻率和方位伽馬就能鉆頭在地層的實時位置，極大地提高了目的層的鉆遇率，使地質導向模型也得到了及時的更新。

（二）安全應用

水平井在整個堵漏和壓井的過程中，儀器一直都在井下進行正常的工作，這樣就可以在處理事故的時候，為此及時地提供準確的數據服務。例如萬一泥漿發生了漏失，那么泥漿的液柱就會突然下降，這就致使環空壓力也跟著下降，那么預警井漏就會進行實時預警?？梢郧宄嘏袛鄩壕牧鲜欠竦降?，通常情況下由壓井材料配成的壓井也得密度會比正常泥漿的密度偏高，在壓井液到井底進行循環的時候，就可以看到環空壓力會有一個非常明顯的上升趨勢。倘若發現環空壓力的變化不明顯，就充分地說明壓井在循環的時候循環不到位或者是所用的材料偏少，如果呈現出階梯式地下降，說明發生了井漏，泥漿的液柱也會持續的下降，在對壓井進行堵漏之后，ECD的值會逐漸升高，壓力就會漸漸的平衡，井下也逐漸變正常。可以用來識別鉆井風險和計算壓井需要的泥漿比重，如果在發生井漏后，接著就會發生井涌的現象，可以利用環空壓力的測量點到泥漿循環入口的垂直深度的公式，計算出壓井所需的泥漿密度。

（三）地質導向應用

深層頁巖油水平井的油層在整個的鉆進過程中，它的厚度和地層的傾角會一次次地發生較為明顯的變化，在鉆進的時候可以通過成像伽馬和電阻率來判別出它的具體儲層位置，通過對層位的厚度和視傾角的計算，能夠快速地想出對策，以便于對下一步的鉆進方向進行更好的指導，對于沒有發生穿透上下覆層的情況，要一直圍繞著好的油層鉆進。例如深度在一個關鍵點的時候，地層之間發生變化，它的成像顯示軌跡如果先碰到底部，接著迅速地碰到頂部，說明這塊層位變薄較為明顯。軌跡接著從頂部穿出來，傾斜漸漸下降，接著就會從砂體的頂界面穿回來，增加傾斜度接著鉆進，當上邊覆蓋的油層變成互相交錯沉積的砂巖互層時，就會發生透鏡體和重力流沉積存在的形態較為明顯。在離開底部差油層后，接著會立馬觸碰到頂部，上面的覆層就會由差油層變成為凝灰之類的沉積，這時這個方位的傾角就會再次變大，它的厚度也會較為明顯的減小，下降斜角到一定度數后，就會回到油層。一但它的地層變薄，它所處的傾角也會再一次地變小，上伽馬沒有發生明顯的變化，就說明明軌跡只是擦邊下部的差油層，當增斜到一定度數后，就會離開底部。

結語

旋轉導向系統在地質、工程方面完全適用于深層頁巖油水平井，它在頁巖油水平井施工的安全方面占有明顯的優勢。整個過程中它都采用復合鉆進，使四周的井眼軌跡平整光滑，減小了鉆具之間的摩擦阻力，簡單有效地降低了鉆井作業在安全方面的風險。旋轉導向系統在深層頁巖油水平井施工的地質導向方面，可以使方位成像伽馬準確有效的識別出軌跡和目的層邊界的關系，也能夠準確的確定鉆頭在目的層的位置以及接下來如何計算出鉆進的準確井斜角度，已確保精準的地質導向。

參考文獻

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