國(guó)產(chǎn)旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向及隨鉆測(cè)井系統(tǒng)在渤海某油田的應(yīng)用

陳 虎，和鵬飛，萬圣良

(中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司，天津300452)

國(guó)產(chǎn)旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向及隨鉆測(cè)井系統(tǒng)在渤海某油田的應(yīng)用

陳 虎，和鵬飛，萬圣良

(中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司，天津300452)

旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向和隨鉆測(cè)井系統(tǒng)可在精確、高效控制井眼軌跡和快速識(shí)別地層性質(zhì)的同時(shí)大幅度提高作業(yè)效率，降低作業(yè)成本。尤其在海上油氣開發(fā)過程中具有較好的提效效果，但是長(zhǎng)期以來該領(lǐng)域均被國(guó)外石油公司壟斷且租賃價(jià)格高昂。中海油國(guó)產(chǎn)化研制的Welleader旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)、Drilog隨鉆測(cè)井系統(tǒng)經(jīng)過多次試驗(yàn)達(dá)到了入井應(yīng)用要求，在渤海某平臺(tái)調(diào)整井鉆井作業(yè)中進(jìn)行了應(yīng)用，結(jié)果表明該套系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)軌跡控制滿足定向井軌跡要求、測(cè)斜數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、測(cè)井質(zhì)量符合標(biāo)準(zhǔn)要求，能夠?qū)崿F(xiàn)鉆井過程中的軌跡控制和測(cè)井要求。

旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向;隨鉆測(cè)井;井眼軌跡;定向井;渤海油田

旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)，是20世紀(jì)90年代逐步發(fā)展起來的新一代智能鉆井系統(tǒng)。通過整個(gè)鉆具管柱的全旋轉(zhuǎn)模式，既能高效控制井眼軌跡，又能避免傳統(tǒng)井下動(dòng)力鉆具滑動(dòng)定向帶來的粘卡、效率低等問題，有效地提高了鉆井效率和井眼軌跡質(zhì)量［1－3］。2013年渤海油田共完成鉆井273口，其中37%為常規(guī)定向井、7%為大斜度井、45%為水平井、11%為直井［4］。在渤海油田鉆井作業(yè)中，一般水平井與大位移井、部分大斜度井上部井段采用螺桿馬達(dá)鉆具、下部井段旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向及隨鉆測(cè)井鉆具的組合模式完成［5］。

1 渤海油田作業(yè)現(xiàn)狀

1.1 旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)在渤海油田的應(yīng)用現(xiàn)狀

旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)是在鉆具旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)條件下實(shí)現(xiàn)定向井軌跡控制的技術(shù)，能夠有效傳遞鉆壓扭矩，實(shí)現(xiàn)井眼軌跡高精度控制，井眼軌跡平滑，井身質(zhì)量高，返砂效果好，提高鉆井時(shí)效，縮短整體建井周期，降低開發(fā)成本的同時(shí)有效控制井下粘卡風(fēng)險(xiǎn)。目前旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向技術(shù)已在常規(guī)定向井、三維定向井、水平井作業(yè)中獲得廣泛應(yīng)用，特別在海上油氣勘探開發(fā)中已呈現(xiàn)替代馬達(dá)工具的趨勢(shì)，在復(fù)雜油氣藏開發(fā)和降低成本等方面起到了不可或缺的作用。

1.2 隨鉆測(cè)井技術(shù)在渤海油田的應(yīng)用現(xiàn)狀

隨鉆測(cè)井是在鉆井的同時(shí)進(jìn)行測(cè)井作業(yè)的技術(shù)。在地層被打開的初期進(jìn)行測(cè)量，有效地減小了鉆井液濾液侵入對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，能夠更真實(shí)地反映原狀地層的地質(zhì)特征，有利于提高地層評(píng)價(jià)的準(zhǔn)確性。在大斜度井、水平井或某些特殊地質(zhì)環(huán)境(如膨脹粘土或高壓地層)鉆井時(shí)，電纜測(cè)井作業(yè)的困難和風(fēng)險(xiǎn)過大，使得隨鉆測(cè)井成為唯一可用的測(cè)井技術(shù)。

為解決渤海海上油田開發(fā)過程中存在的層間矛盾和定向井開采底水油藏效果差的問題，近年來渤海油田多采用水平井、大斜度井進(jìn)行油田開發(fā)。而每年有90%以上的水平井隨鉆測(cè)井作業(yè)采用斯倫貝謝、貝殼休斯的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)及配套測(cè)井工具完成，此類工具租賃費(fèi)用極高，嚴(yán)重影響成本控制［6－10］。隨著國(guó)際原油價(jià)格一路走低，這對(duì)國(guó)內(nèi)石油行業(yè)產(chǎn)生重大影響。國(guó)產(chǎn)旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向及隨鉆測(cè)井系統(tǒng)正好迎合了渤海油田“降本增效”主題，為油田穩(wěn)產(chǎn)、可持續(xù)開發(fā)提供了新舉措。

2 Welleader旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向及Drilog隨鉆測(cè)井系統(tǒng)簡(jiǎn)介

2.1 結(jié)構(gòu)組成

該系統(tǒng)構(gòu)架主要包括嵌入式地面系統(tǒng)、地面系統(tǒng)軟件、地面儀器工作間、MWD子系統(tǒng)、井下儀器控制器短節(jié)、電阻率伽瑪測(cè)井儀、渦輪發(fā)電機(jī)、有線柔性短節(jié)、導(dǎo)向力控制單元等，如圖1所示。

圖1 Welleader旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向和Drilog隨鉆測(cè)井系統(tǒng)組成示意圖

2.2 工作原理和特點(diǎn)

(1)Welleader旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)采用推靠式導(dǎo)向工作原理，3個(gè)獨(dú)立推靠翼肋產(chǎn)生合成導(dǎo)向力矢量，具備井下渦輪發(fā)電機(jī)供電、非接觸能量信號(hào)電磁耦合、近鉆頭連續(xù)測(cè)量、程控分流指令下傳等一系列關(guān)鍵技術(shù)特征，導(dǎo)向力可以實(shí)現(xiàn)32級(jí)強(qiáng)度和240級(jí)方向控制。Welleader旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)測(cè)量精度高，井斜角(量程0～180.0°，精度±0.2°)、方位角(量程0～360.0°，精度±0.50°)、工具面角(量程0～360.0°，精度±2.0°)，1.5 m近鉆頭井斜連續(xù)測(cè)量精度± 0.2°。理論最大造斜率10°/30 m(旋轉(zhuǎn))、21°/30 m (滑動(dòng))，最大轉(zhuǎn)速180 r/min，工具耐溫達(dá)150℃。

(2)Drilog隨鉆測(cè)井系統(tǒng)具備定向井軌跡測(cè)量、隨鉆電磁波電阻率和自然伽馬測(cè)井功能，可選超聲井徑/環(huán)空壓力/振動(dòng)沖擊測(cè)量。同時(shí)，Drilog實(shí)現(xiàn)了自主的隨鉆系統(tǒng)平臺(tái)技術(shù)，鉆井液脈沖遙傳速率最高可達(dá)3 bit/s，可實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)和其他高端隨鉆測(cè)井儀器的掛接。Drilog內(nèi)部的MWD系統(tǒng)由液壓推動(dòng)式脈沖器和控制器組成:脈沖器通過“蘑菇頭”和限流環(huán)配合，產(chǎn)生泥漿脈沖，實(shí)現(xiàn)LWD數(shù)據(jù)接收、編碼和脈沖器驅(qū)動(dòng)等功能;其定向測(cè)量的定向探管通過3軸磁通門+3軸加速度計(jì)測(cè)量，解算獲得井斜、方位、工具面。

3 應(yīng)用背景

3.1 油田及作業(yè)概況

渤海某油田W2H1、W7H1和W8P1/W8H1等3口井及1口領(lǐng)眼井作業(yè)利用平臺(tái)修井機(jī)改造后承擔(dān)調(diào)整井的鉆完井任務(wù)，通過對(duì)老井棄井、套管開窗側(cè)鉆實(shí)現(xiàn)在東營(yíng)組剩余油富集區(qū)以及井網(wǎng)不完善區(qū)域部署調(diào)整井，改善其開發(fā)效果。采用鉆修機(jī)設(shè)備、引入國(guó)產(chǎn)旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向及隨鉆測(cè)井系統(tǒng)，在保證能夠?qū)崿F(xiàn)作業(yè)的情況下，充分降低作業(yè)成本。

本批次的調(diào)整井井身結(jié)構(gòu)基本一致，都屬于修井機(jī)作業(yè)的低效井側(cè)鉆井。以W8H1井為例，從老井下同)套管160 m處開窗側(cè)鉆in井眼鉆進(jìn)至1602 m下入in套管;in井眼采用Welleader旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向及隨鉆測(cè)井系統(tǒng)鉆進(jìn)至著陸井深2450 m，下入7 in尾管;水平段6 in井眼鉆進(jìn)至2671 m完鉆，裸眼完井。

3.2 地層特征

該批調(diào)整井作業(yè)的目的層位為東營(yíng)組，選用旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具主要用于領(lǐng)眼鉆進(jìn)及水平井著陸作業(yè)，主要鉆遇館陶組和東營(yíng)組地層。館陶組地層為辮狀河沉積，砂體平面上連通性好，具有高孔高滲儲(chǔ)集特征，巖性以厚層中砂巖、粗砂巖為主，部分細(xì)砂巖，夾綠灰色泥巖薄層。東營(yíng)組地層上部為深綠灰色、綠灰色泥巖，下部為細(xì)、粗石英砂巖，微含鈣。

3.3 作業(yè)難點(diǎn)

(1)地層可鉆性好，機(jī)械鉆速快，巖屑產(chǎn)生量大，井眼清潔困難，容易產(chǎn)生泥團(tuán)，堵塞環(huán)空。

(2)下部井眼段馬達(dá)滑動(dòng)困難，粘卡風(fēng)險(xiǎn)大。(3)地層非均質(zhì)性強(qiáng)，造斜率變化大，軌跡控制難度大。

(4)油層段砂巖疏松，水平井著陸及水平段鉆進(jìn)時(shí)造斜困難。

4 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

Welleader旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向及隨鉆測(cè)井系統(tǒng)在水平井關(guān)鍵的著陸井段使用，實(shí)現(xiàn)了軌跡的精確控制及隨鉆調(diào)整，在1口領(lǐng)眼井、3口水平井著陸作業(yè)中，總進(jìn)尺3311 m，共計(jì)入井時(shí)間447 h，達(dá)到了油藏開發(fā)及鉆井作業(yè)的要求，如表1統(tǒng)計(jì)。

表1 Welleader在某平臺(tái)應(yīng)用情況統(tǒng)計(jì)

4.1 軌跡控制

鉆具組合:?215.9 mm PDC鉆頭+?177.8 mm Welleader+?171.4 mm Drilog+?171.4 mm MWD+?171.4 mm NMDC+?165.1 mm浮閥接頭+?165.1 mm隨鉆震擊器+?127.0 mm加重鉆桿14根。

鉆進(jìn)過程中，在館陶組地層使用30%～40%導(dǎo)向力，在東營(yíng)組使用30%～60%導(dǎo)向力，即能達(dá)到了設(shè)計(jì)造斜率(3.0°～3.5°)/30 m的要求，工具造斜率表現(xiàn)穩(wěn)定，如表2統(tǒng)計(jì)。

表2 Welleader旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向造斜率分析 %

采用旁通機(jī)構(gòu)的指令發(fā)送方式，工作期間受外界環(huán)境干擾較小，易于操作，出于井下安全考慮，調(diào)整指令時(shí)控制機(jī)械鉆速，現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)過程中，指令發(fā)送成功率高。為保護(hù)導(dǎo)向單元肋板，每柱鉆進(jìn)結(jié)束倒劃眼前需要發(fā)送指令將導(dǎo)向單元肋板收回。

本批作業(yè)采用的脈沖器使用0.5 bit/s傳輸速率，信號(hào)良好，解碼成功率95%以上，一次測(cè)斜成功率100%，測(cè)斜數(shù)據(jù)與上部井段斯倫貝謝儀器測(cè)斜數(shù)據(jù)銜接良好，一致性高，測(cè)斜數(shù)據(jù)準(zhǔn)確。近鉆頭測(cè)斜數(shù)據(jù)與MWD靜止測(cè)量數(shù)據(jù)一致性高(偏差0.2°以內(nèi))，能準(zhǔn)確地反應(yīng)工具實(shí)時(shí)造斜率的情況。高成功率的指令發(fā)送和穩(wěn)定的造斜率確保了井眼軌跡的精確控制。

4.2 隨鉆測(cè)井

隨鉆測(cè)井工具Drilog穩(wěn)定性良好，入井工具作業(yè)成功率100%。隨鉆測(cè)井實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)能較好地劃分儲(chǔ)層、非儲(chǔ)層，判斷油水性質(zhì)，在保證數(shù)據(jù)量的情況可以進(jìn)行地質(zhì)導(dǎo)向，測(cè)井質(zhì)量滿足油藏及鉆井作業(yè)要求。工具內(nèi)存數(shù)據(jù)可靠有效，可以對(duì)儲(chǔ)層進(jìn)行定性及定量分析，測(cè)井資料質(zhì)量達(dá)到甚至超過了中海油服FEWD的GR/電阻率。

4.3 性能參數(shù)對(duì)比

表3為國(guó)產(chǎn)Welleader工具旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具與目前全球主要的斯倫貝謝、哈里伯頓以及貝克休斯旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具的性能對(duì)比，可知國(guó)產(chǎn)Welleader工具控制精度、造斜能力等與基本達(dá)到了其他幾大旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具的性能。

表3 旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具性能對(duì)比

4.4 機(jī)械鉆速對(duì)比

控制鉆進(jìn)參數(shù):轉(zhuǎn)速100～120 r/min，排量1600～1900 L/min，鉆壓40～80 kN。對(duì)鄰近已鉆井進(jìn)行對(duì)應(yīng)層段、具有相同井眼軌跡特征，并使用斯倫貝謝旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具的井進(jìn)行機(jī)械鉆速統(tǒng)計(jì)(見表4)，可知使用國(guó)產(chǎn)旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具的機(jī)械鉆速與鄰井基本持平。

表4 Welleader旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向機(jī)械鉆速對(duì)比

5 結(jié)論

(1)Welleader旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向及Drilog隨鉆測(cè)井系統(tǒng)在渤海某平臺(tái)調(diào)整井的成功應(yīng)用，達(dá)到了目前主流旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向的性能要求，測(cè)斜準(zhǔn)確、測(cè)井質(zhì)量滿足油藏及鉆井作業(yè)要求。作為在低油價(jià)下降本增效的新舉措，具有較大的應(yīng)用前景。

(2)Welleader旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向及Drilog隨鉆測(cè)井系統(tǒng)仍處于初步應(yīng)用階段，雖然順利完成作業(yè)任務(wù)，但在數(shù)據(jù)傳輸及近鉆頭測(cè)斜、作業(yè)提效、配套設(shè)備等方面還有很大的改進(jìn)提效空間。

(3)Drilog隨鉆測(cè)井系統(tǒng)功能需要進(jìn)一步加強(qiáng)，油田調(diào)整挖潛迫切需要高性能的地質(zhì)導(dǎo)向、邊界探測(cè)技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)。

［1］付天明.Geo－Pilot旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)發(fā)展與應(yīng)用研究［J］.石油礦場(chǎng)機(jī)械，2014，43(5):77－80.

［2］光新軍，王敏生.新型旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具在頁巖氣開發(fā)中的應(yīng)用［J］.石油機(jī)械，2014，42(1):27－31.

［3］李士斌，王業(yè)強(qiáng)，張立剛，等.靜態(tài)推靠式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向控制方案分析及優(yōu)化［J］.石油鉆采工藝，2015，37(4):12－15.

［4］和鵬飛，孔志剛.Power Drive Xceed指向式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)在渤海某油田的應(yīng)用［J］.探礦工程(巖土鉆掘工程)，2013，40 (11):45－48.

［5］劉鵬飛，和鵬飛，李凡，等.Power Drive Archer型旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)在綏中油田應(yīng)用［J］.石油礦場(chǎng)機(jī)械，2014，43(6):65－68.

［6］和鵬飛.遼東灣某油田大斜度井清除巖屑床技術(shù)的探討［J］.探礦工程(巖土鉆掘工程)，2014，41(6):35－37.

［7］劉鵬飛，和鵬飛，李凡，等.欠位移水平井C33H井裸眼懸空側(cè)鉆技術(shù)［J］.石油鉆采工藝，2014，36(1):44－47.

［8］劉鵬飛，劉小剛，李凡，等.鉆完井區(qū)域化管理模式在渤海油田的實(shí)踐與應(yīng)用［J］.石油工業(yè)技術(shù)監(jiān)督，2014，30(9):18－20.

［9］侯冠中，和鵬飛，鄭超，等.渤海I27H井飽406.4mm大尺寸井眼對(duì)扣打撈技術(shù)［J］.探礦工程(巖土鉆掘工程)，2015，42 (10):35－37.

［10］牟炯，和鵬飛，侯冠中，等.淺部大位移超長(zhǎng)水平段I38H井軌跡控制技術(shù)［J］.探礦工程(巖土鉆掘工程)，2016，43(2):57－59.

Application of China-made Rotary Steering and Logging while Drilling Systems in Adjustment Well of Bohai

/ CHEN Hu，HE Peng-fei，WAN Sheng-liang(CNOOC EnerTech-Drilling＆Production Co.，China，Tianjin 300452，China)

The rotary steering and the logging while drilling systems can effectively control the well trajectory and quickly identify the formation property，which can greatly improve the operation efficiency and reduce the operation cost，especially in offshore oil and gas development;but this field has been monopolized by foreign oil companies with high rental prices for a long time.Welleader rotary steering system and Drilog logging while drilling system developed by CNOOC have been tested for times and up to application requirements.These systems were used in an adjustment well drilling on a platform in Bohai，the application results prove that the trajectory control of rotary steering system can satisfy the directional well trajectory requirements;the accuracy of the measured data and the quality of the well logging are in line with the standard requirements，by which the trajectory control and logging are realized in drilling process.

rotary steering system;logging while drilling;well track;directional well;offshore oilfield

P634;TE243

B

1672－7428(2017)03－0035－04

2016－03－14;

2016－11－11

陳虎，男，漢族，1982年生，工程師，從事海洋石油鉆井技術(shù)監(jiān)督與管理工作，天津市塘沽區(qū)海油大廈B座A306，chenhu@cnooc.com.cn。