Welleader及Drilog系統(tǒng)在渤海油田的應(yīng)用

， ，，

(1.中海油田服務(wù)股份有限公司，北京 101149；2.甘肅藍(lán)科石化高新裝備股份有限公司，蘭州 730070)

Welleader及Drilog系統(tǒng)在渤海油田的應(yīng)用

菅志軍1，尚捷1，彭勁勇1，秦桂林2

(1.中海油田服務(wù)股份有限公司，北京 101149；2.甘肅藍(lán)科石化高新裝備股份有限公司，蘭州 730070)

Welleader及Drilog系統(tǒng)是中海油田服務(wù)股份有限公司研制的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)及隨鉆測(cè)井系統(tǒng)，功能包括泥漿脈沖數(shù)據(jù)遙傳、井眼軌跡測(cè)量、自然伽瑪測(cè)井、電磁波電阻率測(cè)井、渦輪發(fā)電機(jī)供電及旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向等。已經(jīng)形成675系列(適應(yīng)?215.9 mm井眼)和950系列(適應(yīng)?311 mm 井眼)產(chǎn)品，并在海上油田進(jìn)行應(yīng)用，取得了良好的效果，主要技術(shù)指標(biāo)接近當(dāng)前國(guó)際水平。介紹了該系統(tǒng)的基本組成、功能特征及在渤海油田的應(yīng)用效果。

旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向；隨鉆測(cè)井；海上油田

旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)是石油勘探開發(fā)領(lǐng)域的高端前沿技術(shù)，旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向技術(shù)可替代傳統(tǒng)的泥漿馬達(dá)和彎接頭，能夠全井段旋轉(zhuǎn)鉆定向井，調(diào)整控制井眼軌跡效果好，井身質(zhì)量高，鉆井速度快，井眼清潔好，降低了定向鉆井的工程風(fēng)險(xiǎn)。旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)與隨鉆測(cè)井技術(shù)結(jié)合，在鉆大斜度井、水平井、分支井、大位移井時(shí)，能夠精確導(dǎo)向進(jìn)入油層的最佳位置[1-3]。在國(guó)際市場(chǎng)上，以Schlumberger，Baker Hughes，Halliburton為代表的國(guó)際大公司占據(jù)了70%以上的市場(chǎng)份額。中海油田服務(wù)股份有限公司從2008年開始研發(fā)，目前已經(jīng)形成了675系列(適應(yīng)?215.9 mm井眼)和950系列(適應(yīng)?311 mm 井眼)的Welleader旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)及Drilog隨鉆測(cè)井系統(tǒng)產(chǎn)品，并實(shí)現(xiàn)了商業(yè)化的應(yīng)用，累計(jì)完成20口定向井及水平井作業(yè)。累計(jì)進(jìn)尺11 353 m，累計(jì)循環(huán)時(shí)間1 412 h，取得良好的效果。

1 系統(tǒng)組成及原理特點(diǎn)

Welleader系統(tǒng)井下儀器主要由導(dǎo)向力控制儀、井下渦輪發(fā)電機(jī)短節(jié)及柔性短節(jié)組成。主要技術(shù)特征是導(dǎo)向力控制儀采用推靠式導(dǎo)向原理，由電機(jī)驅(qū)動(dòng)液壓系統(tǒng)分別驅(qū)動(dòng)3個(gè)導(dǎo)向翼肋，形成對(duì)井壁的推靠力，通過壓力反饋對(duì)3個(gè)翼肋的導(dǎo)向力實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制[1]；采用泥漿驅(qū)動(dòng)的井下渦輪發(fā)電機(jī)為井下系統(tǒng)提供電源[4-5]；不旋轉(zhuǎn)套與旋轉(zhuǎn)軸之間的電能及信號(hào)的雙向傳輸采用感應(yīng)耦合技術(shù)[6-8]；由三軸正交的加速度計(jì)實(shí)現(xiàn)近鉆頭井斜角及重力高邊工具面測(cè)量；采用程控分流的流量調(diào)制技術(shù)實(shí)現(xiàn)地面指令的下傳。

Drilog系統(tǒng)井下儀器由MWD定向測(cè)量?jī)x、工程參數(shù)測(cè)量?jī)x及隨鉆電磁波電阻率自然伽馬測(cè)量?jī)x組成。主要技術(shù)特征是采用泥漿正脈沖發(fā)生器作為井下信息上傳通道；三軸正交的磁通門及加速度計(jì)實(shí)現(xiàn)井眼的井斜、方位及工具面角測(cè)量；井下工程參數(shù)測(cè)量包括超聲井徑測(cè)量，環(huán)空壓力測(cè)量及振動(dòng)、沖擊測(cè)量；隨鉆電磁波電阻率測(cè)量采用四發(fā)雙收400 kHz/2MHz雙頻補(bǔ)償結(jié)構(gòu)，自然伽馬測(cè)量采用2組180°對(duì)稱分布的NaI閃爍晶體探測(cè)器，電阻率及伽馬測(cè)量傳感器集成在一根鉆鋌上。

Welleader系統(tǒng)與Drilog系統(tǒng)采用統(tǒng)一的地面系統(tǒng)軟硬件平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)地面指令的下傳及井下上傳信息的采集、處理等，采用WITS/WITSML數(shù)據(jù)格式實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程傳輸，地質(zhì)導(dǎo)向軟件及旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)力學(xué)分析軟件可掛接到地面系統(tǒng)軟件平臺(tái)。Welleader系統(tǒng)與Drilog系統(tǒng)儀器組合及總體架構(gòu)如圖1所示[9-10]。

圖1 Welleader系統(tǒng)與Drilog系統(tǒng)儀器組合及總體架構(gòu)

2 技術(shù)應(yīng)用

2.1 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

在完成實(shí)驗(yàn)井實(shí)鉆試驗(yàn)后，2015年，675型Welleader旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)與Drilog隨鉆測(cè)井系統(tǒng)組合在渤海油田累計(jì)完成7口定向井及水平井生產(chǎn)作業(yè)。生產(chǎn)作業(yè)累計(jì)進(jìn)尺4 636 m，最大井斜90.9°，最大造斜率5.5(°)/30m，最大井深2 611 m，單串儀器最長(zhǎng)循環(huán)時(shí)間150.03 h。成功應(yīng)用地質(zhì)導(dǎo)向軟件及實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程傳輸技術(shù)，取得良好效果。Welleader系統(tǒng)與Drilog系統(tǒng)在渤海油田生產(chǎn)作業(yè)數(shù)據(jù)如表1。

表1 作業(yè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

2.2 鉆具組合及鉆井參數(shù)

以A4井為例，鉆具組合為?215.90 mm PDC鉆頭 +?177.80 mm Welleader+?177.80 mm電阻率伽馬測(cè)井儀+?177.8 mm工程參數(shù)測(cè)量?jī)x+?177.8 mm隨鉆測(cè)量?jī)x+?171.45 mm無磁鉆鋌+?165.10 mm浮閥短接+?158.75 mm震擊器+?127 mm加重鉆桿×12根+?127 mm鉆桿。使用BEST的TS1951RS型號(hào)鉆頭，水眼采用16×7。

鉆井參數(shù)：轉(zhuǎn)速為100～120 r/min，排量為1600～1900 L/min，鉆壓為40～80 kN。

2.3 井眼軌跡控制效果

在A4井作業(yè)中，作業(yè)井段井斜角變化33.7～89.5°，方位角變化162.7～97.93°，定向鉆井軌跡控制良好，滿足設(shè)計(jì)要求。A4井的井眼軌跡如圖2所示。

圖2 A4井眼軌跡

館陶組地層，平均機(jī)械鉆速20.09 m，導(dǎo)向力35.19%，造斜率2.97(°)/30m；東營(yíng)組地層，平均機(jī)械鉆速25.94 m，導(dǎo)向力60.81%，造斜率3.45(°)/30m。近鉆頭動(dòng)態(tài)連續(xù)井斜測(cè)量數(shù)據(jù)與隨鉆測(cè)量?jī)x靜態(tài)井斜測(cè)量數(shù)據(jù)一致性很好，如圖3所示。

圖3 近鉆頭動(dòng)態(tài)測(cè)量與隨鉆測(cè)量?jī)x靜態(tài)測(cè)量數(shù)據(jù)對(duì)比

作業(yè)中指令下發(fā)成功率高，造斜率穩(wěn)定。儀器入井時(shí)間118 h，循環(huán)時(shí)間87.6 h，純鉆時(shí)間30.7 h。

A6井水平井段的砂巖段，64%導(dǎo)向力可以實(shí)現(xiàn)4.5(°)/30m造斜能力，可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)斜、增斜和降斜。

鉆井過程中，2 318～2 450 m井段，按照設(shè)計(jì)增至90°左右；2 450～2 477 m井段，地質(zhì)要求井斜降至88.5°左右；2 477～2 611 m井段，地質(zhì)要求井斜降至90°左右。Welleader旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向儀器能夠很好地按照指令實(shí)現(xiàn)井眼軌跡的調(diào)整，滿足甲方地質(zhì)導(dǎo)向和鉆井施工的控制需求，如圖4所示。

2.4 測(cè)量性能

A4井測(cè)井曲線如圖5所示。從得到的測(cè)井曲線質(zhì)量來看，隨鉆測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)質(zhì)量較高，能夠滿足測(cè)井解釋需要。Drilog電阻率測(cè)井曲線與國(guó)外某公司的儀器測(cè)井曲線對(duì)比重復(fù)性良好。

圖4 A6井水平段井眼軌跡調(diào)整

圖5 A4井電阻率測(cè)井曲線

Drilog隨鉆電阻率及伽馬測(cè)井曲線能較好地反映地層特征，薄致密層反映良好，入層時(shí)各探測(cè)深度曲線匹配關(guān)系正常，Drilog隨鉆電阻率及伽馬儀在A7井測(cè)井曲線如圖6所示。

Drilog隨鉆電阻率及伽馬測(cè)井曲線在大套砂巖中，油水關(guān)系響應(yīng)正常，由于鉆速較快，無明顯侵入，不同探測(cè)深度電阻率曲線基本重合。Drilog隨鉆電阻率及伽馬儀在A4井測(cè)井曲線如圖7所示。

圖6 Drilog儀器A7井電阻率及伽馬測(cè)井曲線

2.5 地質(zhì)導(dǎo)向軟件的應(yīng)用

鉆井過程中應(yīng)用了地質(zhì)導(dǎo)向軟件。本軟件通過加入地震解釋層位和鄰井?dāng)?shù)據(jù)，建立地層三維模型，模擬水平井所鉆地層測(cè)井相應(yīng)曲線，隨鉆時(shí)通過對(duì)比模擬曲線和實(shí)鉆曲線，調(diào)節(jié)地質(zhì)導(dǎo)向模型，向前預(yù)測(cè)鉆前地層變化。以地質(zhì)分層方式和地層屬性方式來顯示地層與軌跡相互關(guān)系，2種方式都可以實(shí)現(xiàn)地層建模。根據(jù)地層模型與軌跡相互位置關(guān)系以及地層自身的數(shù)據(jù)模擬出伽馬曲線和電阻率曲線。地質(zhì)導(dǎo)向模型能方便進(jìn)行模型調(diào)整，并根據(jù)調(diào)整后的模型進(jìn)行曲線繪制，滿足地質(zhì)導(dǎo)向工作需求。在實(shí)際工作中，能進(jìn)行實(shí)時(shí)多井地層對(duì)比分析，在對(duì)比圖

中實(shí)時(shí)更新軌跡和隨鉆測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)，對(duì)判斷鉆頭在地層中的位置及預(yù)測(cè)后續(xù)地層的情況起到很好的輔助作用。

圖7 Drilog儀器A4井電阻率及伽馬測(cè)井曲線

圖8為A4井地質(zhì)導(dǎo)向圖。A4井鉆至測(cè)深2 208 m時(shí)，根據(jù)鄰井預(yù)測(cè)目的層頂垂深為1 668.5 m，比設(shè)計(jì)淺3 m，將一靶上移3 m，重新設(shè)計(jì)軌跡，按新設(shè)計(jì)軌跡鉆進(jìn)；鉆至測(cè)深2 303 m時(shí)，井底井斜86°，考慮到地層下傾，深度比預(yù)測(cè)要深，穩(wěn)斜鉆進(jìn)；鉆至測(cè)深2 413 m時(shí)，垂深1 671.6 m，井斜85.32°，根據(jù)伽馬/電阻率判斷進(jìn)入儲(chǔ)層，全力增斜至2 450 m，井斜89.2°，該井著陸完鉆，地質(zhì)導(dǎo)向應(yīng)用效果良好。

圖8 A4井地質(zhì)導(dǎo)向

3 結(jié)論

1) Welleader系統(tǒng)與Drilog系統(tǒng)組合在渤海油田7口井作業(yè)過程中，儀器工作穩(wěn)定。旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具能夠按照地面發(fā)送的指令進(jìn)行鉆井工作，可以滿足地質(zhì)油藏指令要求，在狗腿度范圍內(nèi)，實(shí)時(shí)控制井斜角，有效保證鉆頭在油層最佳位置鉆進(jìn)。

2) 隨鉆測(cè)量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠，能夠滿足井眼軌跡在油層中位置判斷的需要。近鉆頭動(dòng)態(tài)連續(xù)井斜測(cè)量數(shù)據(jù)與MWD靜態(tài)井斜測(cè)量數(shù)據(jù)一致性好。

3) 隨鉆測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)質(zhì)量較高，從得到的測(cè)井曲線質(zhì)量來看，曲線間對(duì)應(yīng)關(guān)系較好，反映地層巖性和流體性質(zhì)效果較好，可滿足測(cè)井解釋需求。

4) 地質(zhì)導(dǎo)向模型使地層和軌跡關(guān)系可視化，更直觀，具有很強(qiáng)的人機(jī)交互能力和及時(shí)性，滿足旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向和隨鉆測(cè)井儀器地質(zhì)導(dǎo)向作業(yè)。

[1] 吳超，菅志軍，郭云，等.旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究及實(shí)鉆實(shí)驗(yàn)[J].中國(guó)海上油氣，2012，24(3)：52-53.

[2] 姜偉，蔣世全，盛利民，等.旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具系統(tǒng)的研究及應(yīng)用[J].石油鉆采工藝，2008，30 (5)：21-24.

[3] 李才良.旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)及鉆井工具應(yīng)用研究[J].石油礦場(chǎng)機(jī)械，2014，43(9)：69-73.

[4] Wang Zhiming，Jian Zhijun，Guo Yun，et al.The turbine parameter study of down-hole turbine generator while drilling for exploring of china sea[C]// Proceedings of the twenty-fourth (2014) international ocean and polar engineering conference，Busan，Korea，2014，907-910：1-7.

[5] 藥曉江，董景新，尚捷，等.隨鉆測(cè)井用渦輪發(fā)電機(jī)葉輪組水力性能分析[J].石油機(jī)械，2015，43(6)：6-10.

[6] Jian Zhijun，Wang Zhihui，Zhang Ning，et al.An approach of input power control in ICPT system with uncertainty load[J].Information Technology Journal，2014，13(4)：789-794.

[7] 蘭洪波，郭云，菅志軍，等.非接觸滑環(huán)的設(shè)計(jì)[J].機(jī)械工程師，2012(12)：82-83.

[8] 陳紅新，蔣世全，姜偉，等.適用于旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具的非接觸式電能傳輸方法[J].中國(guó)海上油氣，2009，21(2)：113-115.

[9] 王智明，尚捷，菅志軍，等.SPOT 隨鉆測(cè)井系統(tǒng)的試驗(yàn)研究[J].承德石油高等專科學(xué)校學(xué)報(bào)，2012，14(3)：25-30.

[10] 菅志軍，周忠貴，張玉霖，等.中海油服旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)研究進(jìn)展[C]//2014年度鉆井技術(shù)研討會(huì)暨第十四屆石油鉆井院(所)長(zhǎng)會(huì)議論文集，北京：石油工業(yè)出版社，2014：792-798.

ApplicationofWelleader&DrilogSystemintheBohaiOilfield

JIAN Zhijun1，SHANG Jie1，PENG Jinyong1，QIN Guilin2

(1.ChinaOilfieldServiceLimited，Beijing101149，China；2.LanpecTechnologiesLimited,Lanzhou730070,China)

The Welleaderrotary steerable drilling system and DrilogLWD system，which are researched by China Oilfield Service Limited，cover telemetry of mud pulse，trajectory measurement，gama logging，electromagnetic wave resistivity logging，power supplied by turbine generator，and rotary steering.At present，the 675-Type and 950-Type of Welleaderand Drilogsystems，which are applied in ?215.9 mm and ?311 mm boreholes respectively，and the application in the Bohai Oilfield yields good results.The key technological indexes approach the international level，which shows a good prospect.This paper focuses on the components and functions，as well as the application in the Bohai Oilfield.

rotary steerable drilling；logging while drilling；offshore oilfield

1001-3482(2017)06-0057-06

2017-05-09

中國(guó)海洋石油總公司“十三五”重大項(xiàng)目“Welleader2.0旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)研制”(CNOOC-KJ 135 ZDXM 25ZHYF-1)

菅志軍(1966-)，男，內(nèi)蒙古巴彥淖爾人，副教授，博士，主要從事隨鉆測(cè)井、旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井等技術(shù)方向的研究。

TE951

B

10.3969/j.issn.1001-3482.2017.06.012