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測井工具推陳出新 大位移井鉆井技術日新月異

測井工具推陳出新 大位移井鉆井技術日新月異

在高成本、超深大位移井鉆井作業中,保證井眼始終在儲層內延伸是非常關鍵的,而當前越來越多的先進工具可以幫助鉆井公司實現這一目標。

來自 | Upstream
編譯 | 白小明

大位移井的鉆井作業相當復雜,且成本極高,特別是深水環境的大位移井。一旦作業過程中出現失誤,作業公司需要花費數百萬美元來彌補,為了獲得最佳的投資回報率,鉆井公司會使用地質導向技術來保證鉆頭始終在目標地層內穿行,并最大限度地擴大與儲層的接觸面積。

一般來說,定向工程師使用各種類型的磁性測量工具來定位鉆頭的位置,而這些工具有兩個固有誤差源需要作業公司和服務公司解決。

這些工具依賴于地球磁場作業,而磁場隨地理位置變化。此外,所有測量工具測得的數據都會受各工具自身特有的不確定性的影響。

因為大位移井鉆井(ERD)的特點就是水平段長,這些不確定性不斷累積,最終可能導致重大問題。

Merlin ERD工程經理Neil Armstrong表示,“一般來講,常規的應對策略是盡量減小測量的不確定性?!?/span>

“工作人員使用本地磁性測量數據或油田內部參考資料,而不是使用以磁性和重力數據作為參考的標準模型?!?/span>

Armstrong稱,“不同的工具有不同的誤差,因此,如果每次都使用相同的測量工具,則誤差會在相同的軸或方向上累積。如果交替使用不同的測量工具,則可減少這些誤差?!?/span>

如今,為滿足監管要求,測量數據主要用于記錄井眼軌跡位置,并用于今后鉆井作業的防碰。

但為了控制井眼方向,大多數定向工程師如今采用地質導向,底部鉆具組合中帶有旋轉導向系統(控制軌跡)和隨鉆測井(LWD)地層評價工具(描述已鉆地層特性)。

定向工程師通常依靠電阻率測量數據來確定地層上下邊界的位置。

更先進的工具

電阻率測量工具的最新進展大大提高了這種方法(地質導向)的效用。

Armstrong表示,“大約在15年前,人們首次通過對比電阻率數據來確定井眼與邊界的距離,之后定向工程師基于這些數據進行軌跡控制。新一代的地層評價工具還具有測量鉆頭前方電阻率的能力?!?/span>

為了保證井眼方便下入套管并進行完井,定向工程師必須在適當的深度開始造斜,使井眼按合理的井斜角進入地層并達到水平。

為了獲得這些信息,作業公司不得不求助于鄰井數據和地震數據,而這些數據通常是不足的,或者不確定性極高。

測井工具推陳出新 大位移井鉆井技術日新月異

上圖為井下探測器:近鉆頭伽馬傳感器提供鉆頭附近的方位伽馬數據,可以立即探測到地層變化,主動進行地質導向,避免不必要的井眼彎曲。

解決這種信息匱乏問題的一個方案就是鉆試驗井。然而,由于深水鉆井成本高,而且這些井可能并不會完井,使得這種方法成了一種非常昂貴的數據采集方案。

作業公司也使用常規的LWD電阻率數據來控制井眼進入地層和井眼軌跡。

然而,目標地層上部大多數上覆地層都是導電的,而傳統的電阻率工具僅在非導電地層中有效。

在優化分支井眼軌跡方面,缺乏深度控制造成的后果可能非常嚴重。

在進入目標砂巖鉆8-1/2 in井眼之前,作業公司通常會先下一層12-1/4in套管。如果目標地層比預期的淺,定向工程師需要在鉆出套管鞋之后增斜,以大井斜角進入地層。

而這可能導致狗腿度較大,會給完井作業帶來一些困難。

遇到地層比預期淺的情況,定向工程師需要離開地層底部,重新進入地層,這就需要重調方向,最終會導致井斜上揚,軌跡上翹,在井眼底部形成一個坑。

定向工程師的挑戰

如果地層深度超過預期,可能會導致井眼提前達到水平,造成鉆頭在目標地層上部水平鉆進,或井眼軌跡在目標區域次優段穿行。

因此,定向工程師面臨的挑戰主要是確定12-1/4in套管的最佳下入深度。

在某些情況下,為確定鉆頭與儲層砂巖的可接受距離,作業公司可以對比鄰井數據與上覆巖層中的標志層。但是在多數情況下,上覆地層并沒有可靠的標志層。

作業公司使用伽馬射線(GR)工具識別目標地層中的具有GR特征地質標志層,可以幫助確定井底的位置。

然而,傳統的GR傳感器位于鉆頭上方約45ft處,這意味著只有鉆入地層才能獲得測井數據。

Armstrong表示,“一般來說,旋轉導向工具長30ft,伽馬射線傳感器長15ft,還有另外的15ft,因此僅能獲得15ft的測量數據?!?/span>

“所以需要進入地層60ft,如果你確實需要進行導向以修正軌跡,那么你可能要完成比預期更多的調整工作,有時甚至采取調整措施已經來不及了?!?/span>

近年來,由于GR傳感器已經可以安裝在非??拷@頭的BHA附近,上述缺陷已經得到了解決。然而,該工具仍需在確定套管下入深度前進入地層,更重要的是,該技術依賴于含GR特征的地質標志層。

針對這一局限性,LWD服務提供商已經發布了能夠測量離井筒較遠地層電阻率的LWD工具。

2005年首次推出的這些深電阻率LWD工具,已經能夠測量遠離工具5m左右的電阻率數據,經過隨后幾年的升級改進,已經可以測量距離井眼30m以上地層的電阻率數據。

具備這種能力后,定向工程師可以在大段地層內主動進行地質導向,有效避免了井眼軌跡彎曲的問題(井眼軌跡彎曲通常是為了保證軌跡在地層內,突然改變井斜角或方位角所造成的)。

不確定性

盡管如此,由于鉆深水大位移井通常存在許多困難,如地震數據不確定、地質結構復雜、地層電阻率低等,這些都限制了深電阻率測井工具的探測深度,導致定向工程師可能無法確定儲層頂部深度或儲層的傾角。

因此,在大位移井鉆井作業期間,定向工程師很難確定進入地層的最佳井斜角以及油藏的上下邊界,而這些數據主要用于保證井眼軌跡能夠在目標地層內穿行。

為了解決這些不確定性問題,Sperry鉆井服務公司研發了3D地質導向服務,將數字3D地質模型、定向井設計、巖石物理模型和實時LWD傳感器數據集成到了一個交互式的地質導向應用程序中。

將LWD數據與Sperry公司的StrataSteer 3D軟件相結合,能夠預測并建立油藏進入點頂部的模型。

哈里伯頓Sperry鉆井的高級技術顧問Shaikh Aamir稱,“地震的不確定性以及鄰井間對比資料的缺乏,導致了地質預測的不確定性?!?/span>

“然而,工作人員通過利用實時圖像選擇傾角,進行地層結構分析,以及使用新的實時數據過濾現有信息并將其與選擇的鄰井進行關聯對比,可以更好地理解儲層的地質構造,從而可以準確進行井眼軌跡控制?!?/span>

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白礬
石油圈認證作者
畢業于中國石油大學(華東),油氣井工程碩士,長期聚焦國內外石油行業前沿技術裝備信息,具有數十萬字技術文獻翻譯經驗。
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