1、导向钻井技术,主要内容,基本概念导向钻井的工具和仪器导向钻井技术闭环钻井系统的结构及原理 导向钻井技术的展望,基本概念,井眼轨迹的控制技术大致可分为两方面： 一是预测技术，一是导向技术。预测技术:根据力学和数学理论，对影响井眼轨迹的各种因素进行分析研究，从而预测各种钻具组合可能达到的预期效果。导向技术:根据实时测量的结果，井下实时调整井眼轨迹。导向钻井技术主要包括钻头（一般为PDC钻头）、井下导向工具、随钻测量技术（MWD、LWD等）以及计算机技术为基础的井眼轨迹控制技术。主要特点是井眼轨迹的随钻测量、实时调整。,1.工具和仪器,1.1 导向工具的主要类型可以分为滑动式导向工具和旋转式导向工具
2、,主要区别在导向作业时,上部钻柱是否转动。1.1.1 滑动导向工具主要有各种固定式弯接头、弯壳体马达以及可变角的弯接头、弯壳体马达，偏心支撑型马达等1.1.2 旋转导向工具可分为两大类：井斜控制式旋转导向工具和全角控制式旋转导向工具。,A.井斜控制式导向工具,这种工具的核心是可变径稳定器，一般用于大井斜的条件下。在方位变化较小时，主要是通过调整稳定器的外径尺寸来改变BHA的性能，从而达到控制井斜、控制井眼轨迹的目的。,AGS可变径稳定器,B.全角控制式旋转导向工具,全角控制式旋转导向工具: 既能控制井斜，又能控制方位，是导向工具的发展方向。 目前这种旋转导向工具主要有两种： 一种是静止式，当钻
3、柱旋转时，导向支撑块不转动，可沿井眼轴线方向滑动； 另一种是调节式，当钻柱旋转时，支撑块随钻柱一起转动，但其整体工作效果具有导向作用。,1.2 测量仪器的类型,按方位的测量原理可分为两大类: 磁性和非磁性测量仪器按测量方式来分，又可分为: 单多点和随钻类随钻类还可以分为: 有线和无线随钻 随钻测量和随钻测井,1.2.1 磁性和非磁性测斜仪,磁性测量仪器采用的是指南针的工作原理，是通过感受地磁场的参数来测量的，其方位以地磁北极为基准，习惯上叫磁方位，需要进行磁偏角的校正。它必须在无磁干扰的环境下工作。 包括各种罗盘照像单多点、电子单多点、有线随钻和无线随钻。,非磁性测量仪器的核心是陀螺测斜仪，它
4、是利用陀螺定轴性的原理进行方位测量的。 这类仪器包括FH酸、虹吸、打孔测斜仪以及各种陀螺测斜仪。 陀螺测斜仪主要用于钻杆内、套管内及各种有磁干扰的环境下的方位测量。,1.2.2 单多点和随钻,罗盘照像单多点、电子单多点、随钻的图片,1.2.4 随钻测量和随钻测井,随钻测量一般指测量井身轨迹控制参数的MWD，也可称为DWD（Directional While Drilling）。 随钻测井通常称为LWD（Log While Drilling），它是在DWD的基础上增加一些地质参数的随钻测量，通常有电阻率、自然伽玛、孔隙度、中子密度等。,1.2.3 有线和无线随钻,有线和无线随钻的图片随钻测斜仪按
5、数据的传输方式可分为有线和无线类，有线随钻是通过电缆传输数据的，无线随钻通常称为MWD（Measure While Drilling）,是采用泥浆脉冲、电磁波等方式传输数据的，泥浆脉冲又有正脉冲、负脉冲和连续波三种方式。,胜利油田SHENGLI OIL FIELD,胜利油田位于渤海之滨的黄河入海口，是我国第二大油田。其储量和产量集中在济阳坳陷及滨临渤海湾的滩海地区，有利勘探面积近6.5 万平方公里。,胜利油田1962年投入开发，截止到2000年底，共完成探井 5326口，发现70个油气田，探明石油地质储量40.45亿吨，天然气地质储量1907亿方。40.45亿吨的探明石油地质储量中，有33亿吨
6、已动用，其中，可采储量9亿吨，目前，已累计采出原油7.2亿吨，只剩下不到2亿吨可采储量待采。,一、目前胜利油田开发面临的主要问题,39年的高速勘探开发，使油田面临如下主要问题： 油田勘探开发程度高，已开发油田面临高含水、高开发速度和高产出程度的“三高”不利局面。 原油年产量已从1993年的3355万吨减至了2000年的2675万吨，预计2001年产量2640万吨，稳产形势严峻。 油田开发已从大型构造整装大油田的开发，转向了复杂小断块油藏、岩性油藏等难动用储量的开发，开发难度大、成本高。 除了已探明的40.45亿吨石油地质储量外，预计还有45亿吨储量待探明，但新增储量丰度低、质量低，类型复杂，埋
7、藏深，地表复杂，勘探开发难度大，成本高。,胜利油田为解决开发后期所面临的问题，实现稳产，必须提高以下3个方面的能力： 提高复杂油气藏开发能力 提高滩海油气田的海油陆采能力 提高深层资源的开发能力和开发速度,二、解决胜利油田开发问题的手段,莱70,王27,王11,王70,王53,王68,牛25,牛11,梁83,梁60,梁68,沙 三 下,济阳坳陷预计资源量83亿吨，依据国外成熟油田资料，岩性油藏等隐蔽型储量约占总储量40%左右。由于陆相湖盆的复杂性，岩性油藏更为发育，推测比例应在50%以上。按储量增长趋势，至少有7-17亿吨隐蔽型储量有待发现，岩性油气藏是未来济阳坳陷增加储量和保持稳产的主要对象
8、。,东营三角洲演化模式图,主要用于解决复杂小断块油藏、岩性油藏等难动用储量和新增储量复杂油气藏的勘探开发问题，提高其开发效率和油气采收率，降低勘探开发成本。,1、提高复杂油气藏开发能力,2、提高滩海油田海油陆采能力,胜利油田有414公里的海岸线，十多个滩海油田，探明资源量3.66亿吨，是新增储量的一个主战场。整个海洋埕岛油田主体距海岸5-13km。目前基本采用海洋钻井平台和人工岛方案进行开发： 开发成本高 5米水深以内的浅海区域的开发盲区：大位移井位移延伸能力达不到，而钻井平台又由于水浅而无法进入作业。提高海油陆采能力是解决这一难题，保障油田稳产的一项重要手段。,用旋转导向钻井技术可大大提高E
9、RD位移延伸能力和钻井极限井深,从而可以大大提高开发效率、减少开发投入： 英国WYTCH FARM油田: BP公司在制定该油田开发方案时：ERD技术海油陆采方案是$1.5亿,人工岛是$3.3亿 美国Pedernals 油田：原计划建多个平台开发，后采用在一 个平台上钻大位移井9口，满足了油田开发的需要，同时节省开发费用$ 1亿 南海东部石油公司西江243A14井: ERD技术: $ 2400万(包括钻机改造、钻井费用等) 采用卫星小平台开发:其投资将超过$ 7000万,英格兰WYTCH FARM油田M11井、M16井:水平位移均超过10000米，用SRD系统完成，滑动井段仅占5%,1605m,
10、国外滩海油田开发经验,3、提高深层油气藏的开发能力和开发速度,据地质专家预测，渤海湾盆地有53亿吨深层石油资源，西部的和田区块勘探面积43117平方公里，4个含油系统都在深部。深层资源是胜利油田新增产量的一个重要来源。但由于深井钻井速度低和井身质量控制技术落后，使胜利油田深井钻井周期是国外先进水平的3倍以上，严重制约了深层石油资源的开发。,胜和1井：设计井深5500米,该井一开即遇到了严重的井斜问题：井深402米，井斜10；之后采取了多种防斜技术措施，但效果都不理想，为防斜而严重影响了机械钻速，从2000年7月26日开钻至2001年1月26日的6个月的时间，只钻进到井深1800米；从1800米
11、开始采用动力钻具复合钻进技术进行防斜，一定程度上释放了钻压，使机械钻速平均提高了165%，2001年4月4日，钻至井深3118米，成功钻过易斜井段，完成防斜任务；但钻井成本也因此而大大提高，因防斜而附加的钻井费用近300万元。,我们认为： 目前正在致力研究开发的旋转导向钻井技术是解决胜利油田目前勘探开发所面临的问题，提高上述三个方面开发能力的有效技术手段。,深井钻井技术,分支井钻井技术,大位移井技术,国外经验,连续光滑的三维延伸技术,为解决开发后期面临的问题，充分利用钻井新技术提高油气采收率，超深井、高难定向井、丛式井、水平井、大位移井、分支井及三维多目标井等特殊工艺井技术相继出现并得到了迅速
12、发展。,国外：旋转导向钻井系统,为满足上述特殊工艺井导向钻井需要，旋转导向钻井技术得以迅速发展,20世纪50-70年代：定向钻井技术初步形成，所使用的是“涡轮钻具+弯接头”定向工具配合氢氟酸测斜仪和机械重锤式测斜仪。20世纪80年代：随着测量仪器和导向马达技术的不断完善，定向钻井进入现代导向钻井阶段。,三、国外导向钻井技术发展概况,根据导向工具的导向方式不同现代导向钻井技术可划分为三个阶段,1、滑动导向钻井,2、地面控制导向钻井,井下弯马达或弯接头+随钻测量,可变径稳定器+井下弯马达+MWD/LWD,3、旋转导向钻井,井下旋转导向钻井系统,滑动导向不连续轨迹控制,旋转导向连续轨迹控制,SCHL
13、UMBERGER ANADRIL公司的POWER DRIVE SRD系统,导向方式：偏置钻头（BIAS THE BITS）调制式：整体旋转动力：钻井液压差,BAKER HUGHES INTEQ公司的AUTO TRAK RCLS系统,导向方式：偏置钻头（BIAS THE BITS）不旋转外筒式动力：独立液压系统,HALLIBURTON SPERRY-SUN公司的GEO-PILOT系统,导向方式：POINTING THE BITS偏置钻柱不旋转外筒式,地质导向技术,在旋转导向钻井技术成熟之前：国外各大石油公司的主攻目标基本上是近钻头的滑动地质导向系统，即将地质参数测量传感器置于导向马达的近钻头位置
14、的马达外壳上。如Schlumberger Anadril公司的GST（Geosteering Tool）地质导向工具和Baker Hughes Inteq公司的Navigator地质导向工具。 随着旋转导向钻井系统投入现场应用：随钻地质导向配合旋转导向钻井系统成为了各大石油公司追求的目标。Schlumberger Anadril公司的Ideal地质导向系统配合其Power Drive SRD 旋转导向系统，Baker Hughes Inteq公司的RNT (Reservoir Navigation Tool) 地质导向系统配合其Auto Trak RCLS旋转导向系统，分别应用于现场，取得了良
15、好的效益。,分析：,从本质上讲，目前世界上各大石油公司所宣传的地质导向大多只能称为随钻地质参数测量，通过地面对比分析，用于导向钻井作业。 真正意义上的地质导向应该是地质参数随钻测量配合闭环旋转导向钻井系统应用，能够实现地质参数的测量、自动处理及与地质模型对比，并自动产生导向指令，用于指导导向钻井作业。 在目前油气勘探开发形势下，旋转导向钻井技术是解决难动用油气藏开发和降低开发成本的急需技术；另外从开发难度上讲，旋转导向系统较地质导向系统易于实现。 地质导向技术配合旋转导向技术所形成的旋转地质导向钻井技术是钻井技术的更高境界，应该作为在旋转导向技术成熟的基础上进一步扩展的目标。,四、胜利油田导向
16、钻井研究思路,1、前期研究基础： 从“七五”开始，先后进行了定向井、丛式井、水平井、短半径水平井、分支井、大位移井钻井技术的攻关研究，形成了成熟的定向井、丛式井、水平井、短半径水平井钻井技术。初步形成了分支井、大位移井钻井技术。 先后引进了有线随钻、无线随钻及带4项地质参数的FEWD无线随钻测斜仪，并得到了广泛应用。利用FEWD在新疆塔里木油田成功完成了多口厚度在2米以内的超薄油层开发的水平井井眼轨迹控制。,定向井、丛式井技术,“七、五”项目完成以后，该项技术得到了大面积推广应用：每年定向井、丛式井口数占完井总数的46%以上；解决了复杂断块油藏的有效开发和占地矛盾问题。,河50丛式井组,胜利油
17、田“七、五”期间承担完成了国家重点攻关项目“定向井、丛式井钻井技术研究”，并获得了国家科技进步一等奖，石油天然气总公司科技进步特等奖。,水平井技术,1991年1月23日，首次在埕口油田不整合油藏打出我国第一口水平井埕科1井，到目前为止，胜利油区内已完成近200口水平井，占国内完成总数的2/3，已经形成了年产53万吨的生产能力，并以每年50多口的速度增加， 2000年所钻水平井当年建成产能13万余吨，成为胜利油田稳产的重要手段之一。2000年开始在卡塔尔进行水平井技术服务，已完成30余口。胜利水平井钻井成本是同地区直井的1.5倍以内,而产量达到3-5倍。目前正在利用带地质参数的FEWD组织对薄油
18、层的水平井攻关，以求有新的突破。,套管开窗侧钻短半径水平井技术,该项目是“九五”完成的国家项目。形成了五大配套技术，取得了27项重大成果。至2000年，在不同类型的油气藏中完成各类侧钻水平井19口。已投产的侧钻水平井日产量为相邻直井的2倍以上，综合含水降低20%80%，平均单井增加可采储量1.4104 t，钻井综合成本是同区新钻直井的92%。利用其核心技术每年完成侧钻定向井、水平井 150余口，每年新增产量24万吨以上。,分支井技术,2000年-2001年，胜利油田完全依靠自己的力量，完成了2口双分支的分支井： 桩1-支平1井 梁46-支平1井 目前正在计划钻进一口三分支水平井,大位移井技术,
19、2000年3月，胜利油田利用引进的HALLIBURTON公司的AGS可变径稳定器和FEWD，完成了胜利油田第一口位移超过3000米的海油陆采大位移水平井埕北21平1井,2、胜利油田导向钻井研究思路,鉴于目前胜利油田的油气勘探开发形势和钻井技术现状，从油田实际需要出发，我们计划开展旋转导向钻井技术的攻关研究，计划将旋转导向钻井技术作为主攻目标，地质参数随钻测量技术作为辅助手段。,技术路线：“根据实际需要制订研究目标，开发研究与应用研究相结合；产、学、研联合攻关，形成系列技术” 根据胜利油田实际需要，开发研究遥控变径稳定器和调制式旋转导向钻井系统及地质导向、双向通讯、地面监控等软硬件，形成完整的旋
20、转导向钻井系统，在“控制钻井成本最低和保障开发需要并重”的原则下，满足不同难度导向钻井需要。 采取边研究，边应用，开发研究与应用研究相结合的路线。成熟技术尽快投入现场应用，高新技术形成技术储备。 根据该项目研究难度大、投入高、风险大的特点，必须走“产、学、研”联合攻关的研究路线。胜利油田作为牵头单位，制订研究目标、研究计划和整体研究方案；关键技术和理论研究及室内试验方面与大专院校和研究院所合作进行。,胜利油田导向钻井研究思路,五、几点认识,1、旋转导向钻井技术是解决目前油田开发后期所面临的开发成本高、采收率低和复杂油气藏储量难动用问题的有效手段；以钻井方式提高采收率，降低成本是一条有效途径。2、旋转导向钻井国外已形成较成熟的现场应用技术，国内应加快该技术的攻关研究。3、先进的地质导向技术必须配合先进的旋转导向技术才能发挥其优势，目前国内应根据需要和能力等实际情况，将旋转导向技术作为主攻目标。,谢谢！,
