地质录井导向技术在非常规水平井高效施工中的应用_蔡宇明.pdf

2023年第7期西部探矿工程*收稿日期：2022-08-14修回日期：2022-09-27作者简介：蔡宇明（1987-），男（汉族），吉林松原人，工程师，现从事地质录井导向工作。地质录井导向技术在非常规水平井高效施工中的应用蔡宇明*（大庆钻探工程公司地质录井二公司，黑龙江 大庆 138000）摘要：近年来，随着油气资源开发的不断深入，常规油气资源剩余量越来越少，为保证资源的可接替性，国内外油气勘探目光均瞄向了致密油、页岩油及煤层气等非常规油气资源的勘探开发利用领域，非常规油气资源储层一般具有地质条件复杂、甜点层扑捉难度大、目的层导向困难等问题，介绍了地质录井导向技术在非常规油气钻井施工过程中的应用。关键词：非常规油气；录井导向；甜点层扑捉；复杂预防中图分类号：TE24 文献标识码：B 文章编号：1004-5716(2023)07-0044-041概述随着中国经济社会的不断发展，中国对油气能源的依赖越来越严重，近年来原油对进口的依赖更是超过70%的红色警戒线，习近平总书记在胜利油田视察时强调石油能源建设对我们国家意义重大，中国作为制造业大国，要发展实体经济，能源的饭碗必须端在自己手里。在习近平总书记的指示下，中国油气勘探开发大踏步进入非常规资源领域，然而非常规油气资源品质劣质化、油气目标复杂化等问题非常突出，尤其是随着勘探开发面向深层、超深层、深水、水合物、地热等勘探开发新领域，勘探开发面临着新的挑战与发展机遇。1.1非常规油气勘探国内外简述国外非常规油气勘探起步早、规模大、范围广、效益高，施工过程中大量采用钻井高新技术，提高井眼质量和井筒完整性，满足大规模高压压裂需要，大幅度提高钻井速度和产量，降低建井成本，实现低品位储量的高效开发。而国内非常规油气气勘探开发起步晚，储量的低品位带来钻探成本效益问题突出；美国成熟的技术并没有全部掌握，国外技术本土化的适应性、水平井高端仪器等与国外还有较大差距。1.2非常规油气勘探施工难点（1）旋转导向系统不成熟，不能满足长水平段快速钻井要求。同一支队伍同平台的两口井对比：MaHW6203井（旋转导向），完钻井深6130m、水平段长1920m，钻井周期73d。同平台的MaHW6202井（常规导向工艺），完钻井深5579m，水平段长度1712m，钻井周期160d，指标较差。（2）旋转导向工具保障和国产化技术替代急需解决。M131示范区使用旋导的造斜段平均施工时间为4d，使用螺杆的造斜段平均施工时间为26d。使用旋导造斜段只需要一趟钻，使用螺杆造斜段平均需要56趟钻。（3）近钻头地质导向仪器不能很好满足水平井提高钻遇率要求。常规导向工艺在水平段频繁钻遇泥岩，严重影响钻井周期。进入泥岩机速由45m/h降到0.5m/h，需要57d才能回到储层；泥岩造成井眼稳定性变差，阻卡频繁；调整轨迹频繁。频繁调整轨迹导致钻井效率低，轨迹调整频繁，2019年吉木萨尔页岩油水平井平均轨迹调整次数12次/井。（4）井筒完整性问题突出。页岩气压裂套变井比例较高严重影响压裂时效及单井产量。页岩气压裂套变井比例较高严重影响压裂时效及单井产量套变井压裂时效仅为正常井的1/3，测试产量平均降低46%。（5）破岩效率低、钻井周期长、成本高。（6）油基钻井液防漏堵漏技术不成熟。（7）开发深部产层的经济挑战：效能提升比例大于成本增加比例。（8）适合低渗透、非常规油气资源开发的大井丛长水平井“工厂化”作业钻完井整体技术与国外差距大，“一趟钻”技术落后。（9）钻井废弃物处理、流体回收与处理技术与装备442023年第7期西部探矿工程不完善。（10）套变问题严重制约了非常规油气水平井产量的提高。截止2019年9月，中石化威荣区块压裂10口井，6口井油层套管变形，套变点共16处；因套变放弃压裂14段，共941.1m。主要在水平段中部至A靶点附近，占总数的81.3%。压裂期间发生。套变量介于9.1238.62mm之间，部分井套管变形量随改造施工逐渐增大。调研表明，套变的主要形式：套管剪切破坏和套管挤毁破坏。套变受以下两方面因素综合作用影响：一是地质因素，是内因：储层裂缝、断层发育情况、页岩岩性特征等。二是工程因素，是诱导因素：大规模改造、井眼轨迹、固井质量、井筒温压变化等。1.3非常规油气高效钻完井技术（1）旋转导向技术；（2）伽马成像等近钻头地质导向技术；（3）一趟钻优快钻井技术；（4）连续管钻井技术与装备；（5）适合于长水平段钻井的油基钻井液和高性能水基钻井液技术；（6）满足高强度体积压裂的水平井固井技术与井筒密封完整性技术；（7）钻井、压裂废弃物处理技术及装备；（8）套变防治技术。2地质录井导向技术在非常规油气资源勘探开发中的应用2.1非常规油气勘探中的地质录井导向技术概述非常规油气资源勘探钻井施工中的地质录井导向技术包括：地质录井、气测录井、地化录井和随钻测井等技术。各项录井技术简要介绍如下。（1）地质录井技术简介。岩屑录井技术。岩屑录井技术是对钻井井下钻屑进行分析处理的一种技术，在钻井过程中，地层岩石被破碎后，由钻井液携带至地面，钻屑收集人员根据录井设计要求将钻屑收集后，经过清洗烘干，进行观察描述和取样分析后，形成资料报告并绘制综合录井图。岩芯录井技术。岩芯录井包括钻井取芯和井壁取芯。钻井取芯根据地质设计的取芯对象不同，又分为油气层取芯和地层控制取芯两种。钻井取芯根据取芯方式的不同又可以分为常规钻井取芯、密闭钻井取芯和保压钻井取芯。钻井取芯使用取芯筒对目标地层进行整段取芯，所取地质资料、连续、详细，尤其是保压取芯技术能够最大程度地还原地层的原始条件，对认识地层的含油气饱和度、孔隙度、裂缝条件等有极大的帮助。荧光录井技术。荧光录井一般包括钻屑荧光录井和钻井液荧光录井。现场施工中具有代表性的是定量荧光录井，主要是测定岩样的定量荧光F值，定量荧光录井的方法是利用了原油的浓度与原油发出的荧光强度成正比的性质，所以定量荧光强度与钻井液荧光分子浓度C成线性正比。油气录井技术。油气录井是指在钻井施工过程中，通过对井下储层油气显示进行实时检测和记录，从而及时发现油气资源的一种方法。一般情况下，当钻遇油气层时，储层油气会侵入钻井液中，通过钻井液循环，将其携带至地面，这时在钻井液分配器和钻井液罐会有油气显示，对显示进行分析后，便可确定井下含油气的情况。（2）气测录井技术简介。气测录井是油气勘探开发中及时有效发现油气资源最直接的方法和手段之一，特别是在新探区的勘探开发中，可以为油气储层的发现提供数据资料支持；还可以在薄差储层的水平井钻探过程中，通过油气显示，控制轨迹，提高储层钻遇率，为后期开发提供支持；另外，通过气测数据的分析，还可以进行判别油气水层，进行油气层比照。根据任务、方法和目的不同可将气测录井分为随钻气测录井、扩散气测录井和热真空全脱气气测录井。随钻气测录井技术。随钻气测录井技术是指在钻井施工过程中，通过高效脱气设备连续检测由井口的钻井液中脱离出来的烃类气体，并进行收集分析的方法。钻井液中携带的烃类气主要分为两种：一是地层岩屑被破碎后的游离气，另一种是油气层中以渗透扩散方式运移进入钻井液中的烃类。随钻气测录井能够及时、准确收集和测量钻井液携带至井口的气体，实时检测井下地层油气情况。扩散气测录井技术。扩散气测录井技术是指在已发现的油气显示层段，对钻井液静止时在相应井段由于油气层的扩散和渗透作用，形成烃类气体相对较富集含气钻井液井段或者以一定移动速度向上扩散的井段进行检测的方法。当油气层段具有一定能量时还会发生上窜现象。扩散气测录井是在钻井液静止一段时间后循环时进行的。一种是中途扩散气测录井，它452023年第7期西部探矿工程是在随钻气测录井过程中，对发现较好的油气显示层段，在起下钻或停钻静止钻井液一段时间间隔后进行，一般要求连续监测2个钻井液循环周期。另一种是完井扩散气测录井，完井后钻井液静止24h以上，如全井发现油气显示层段在一层以上时，那么钻头应下到最下层油气层段底部以下，才可以循环钻井液，或分井段分次进行完井扩散气测录井。扩散气测录井只是时间与浓度关系。热真空全脱气测录井技术。热真空全脱气测录井技术是指在目的层或油气层井段按一定间距采集出口钻井液样，进行钻井液热真空蒸馏全脱气，将脱出一定量的气样注入色谱仪中分析。用于定量计算钻井液中含气饱和度、提供评估油气产能参数，也可用于对其它连续脱气效率校正。(3)地化录井技术。地化录井技术是指用于获得地层含油特征参数的一种录井方法。在钻井过程中对井下地层上返的岩屑进行连续、系统地取样分析处理。通过在裂解炉中对含油气钻屑进行程序升温控制，在90可以得到C7以前的烃；在90300，得到C7-C32的烃，在300600得到重烃和胶质沥青。然后经过计算回归分析出地层含油组分。（4）随钻测井。20世纪70年代后期迅速开展起来的随钻测量技术，最初是用于定向钻井，现在已逐步开展成为一种有效的地层评价工具。用于定向钻井的称MWD(随钻测量)，用于地层评价的称为LWD(随钻录井或FEMWD地层评价随钻测量系统)。一般情况下，MWD与LWD能测出比电缆测井质仪更高的测井图，这是因为其测量速度较低且是在地层根本上未受污染情况下进行的，因而具有更高的分辨率。但是要雇用MWD效劳价格较昂贵，这就是它目前还不能替代电测的主要原因之一。随钻测量主要应用如下：提高钻井速度和效率。随钻测量能实时了解真实钻压、扭矩、井底压力、温度等有助于优化钻井,减少地层损害。在定向钻井过程中及时了解并控制井眼方向,或在水平井中进行地质导向。用于地层比照和评价。在地层特性比拟清楚的开发井中,可以取代电缆测井。在电缆测井难以进行(水平井与大斜度定向井)的井中取代电缆测井，是平安可靠的斜井测量方法。进行时间延迟测量，研究钻井液侵入机理。2.2地质录井导向技术在储层甜点层预测、捕捉及储层钻遇率中的应用（1）有效提高优质储层钻遇率。从宏观构造、微幅构造和蚂蚁体属性三个层面对储层展布进行精细刻画，确保储层钻遇率，支持43口井，储层钻遇率从95%提高至97.8%，其中19口井钻遇率达到100%。（2）地震地质模型迭代细化，精准预测A靶点。在地震体基础上加载345口井测井资料，建立长宁、威远、泸州3个区块三维构造模型，对A靶点垂深精准预测；通过设置特征控制点，实现精确中靶，保障安全优质施工。（3）有效降低事故复杂。跟踪支持旋转导向井43口，卡钻率为0，落井率为0，损失时间减少498d，漏失井次、漏失量和损失时间同比分别下降32.5%、56.9%和23.9%。（4）开展提速示范引领，效果显著。N208H24-6井，三开钻井周期27.1d，较同区块井提速30%；最高日进尺322m，创区块日进尺记录；优质储层（厚度6m）钻遇率100%，硅铝交会高优质储层（厚度1.8m）钻遇率100%。3结论（1）通过地质录井导向技术可以及时收集并发现地层详细的信息，为非常规油气资源的勘探开发提供地层识别保障。（2）地质录井导向技术通过各种井筒录井信息数据，及时跟踪地层地质物性变化，实现非常规水平井甜点层的预测与扑捉，实现A靶点精准着陆。（3）地质录井导向技术的应用可以及时发现并识别储层油气特征的变化，精确指导轨迹控制，提高储层钻遇率，为非常规油气高效开发提供保障。参考文献：1陈俊男，相金元，张以军，段武生，邹向阳.吐哈录井技术系列及其在油气勘探开发中的应用J.录井技术，2004,15(1)：58-63.2朱根庆.录井技术在钻井工程中的应用C/录井技术文集,北京:石油工业出版社,1999.3董振国.页岩气水平井储集层追踪和评价关键技术J.录井技术,2019，30（1）：43-51.（下转第49页）462023年第7期西部探矿工程感器的研发和应用。密度、流变特性和温度是钻井液最基本和最重要的参数，目前主要的测量设备主要包括密度计、Marsh漏斗和粘度计。目前正在研究的自动化设备有：“自动化”漏斗、钻井液密度记录仪、自动数字粘度计、用于测量密度和流变的连续测试模块、用于岩屑回注的自动密度/粘度模块、用与变温条件下测量的过程控制数字流变仪。目前用于测量钻井液参数的自动传感器主要是其他行业开发的传感器改造而来的，还需要进一步的改进。2钻井自动化技术展望钻井技术的发展是一个漫长的过程。钻井作业在油气资源开发过程中仍然是最关键、最复杂和成本最高的部分。通过提高钻井作业的自动化程度，可以大幅度提高钻井效率和作业人员的安全性。尽管人们在钻井自动化领域取得了很多突破，但与航空、汽车、交通等其他行业相比，钻井作业和管理系统的数字化仍处于起步阶段。在其他行业中已经广泛使用的机器人和无人机等技术尚未在钻井领域得到广泛应用。随着石油和天然气行业全面进入自动化和数字化过程控制阶段，钻井工程领域也将更多地使用数字化仪表和自动化过程控制。机器人技术将改变钻井作业过程。更多地使用数字化仪器来减少井场作业人员也有助于解决健康、安全和环境等相关问题，并且更有利于降低成本。机器人钻井系统的最终阶段是实现无人钻井作业。此外，先进的机器人钻井技术将能够实现钻机的整体搬迁。另一个提高钻井自动化程度的解决方案是无人机技术。无人机可以替代人检查泥浆罐、储罐、运输管道和其他复杂设备。但无人机通常需要通过地面控制中心进行操作，它们的操作需要强大的飞行控制技术以及最先进的导航、数据处理和跟踪控制能力。未来无人机技术将更多地使用在位于恶劣环境中的油气藏中。3结论（1）钻井作业在油气资源开发过程中仍然是最关键、最复杂和成本最高的部分。通过提高钻井作业的自动化程度，可以大幅度提高钻井效率和作业人员的安全性。（2）钻井作业的自动化作业中主要涉及的自动化包括井下控制、地面控制和远程控制，但这三个方面的发展速度差异较大。其中井下系统目前已经达到了较高的自动化水平（LOA9）。钻井现场的地面系统是高度机械化的，具有自动钻机和扭矩系统（LOA5）等钻井组件的自动化。但远程控制系统目前的自动化水平较低（LOA2）。（3）尽管人们在钻井自动化领域取得了很多突破，但与航空、汽车、交通等其他行业相比，钻井作业和管理系统的数字化仍处于起步阶段。在其他行业中已经广泛使用的机器人和无人机等技术尚未在钻井领域得到广泛应用。随着石油和天然气行业全面进入自动化和数字化过程控制阶段，钻井工程领域也将更多地使用数字化仪表和自动化过程控制。参考文献：1马涛,许增魁,李阳明,等.信息技术对石油经济的影响与展望J.石油工业计算机应用,2004,12(3):3-8.2杨金华,朱桂清,张焕芝,等.值得关注的国际石油工程前沿技术J.石油科技论坛,2012,31(4):43-50.3王江萍,鲍泽富,孟祥芹.基于神经网络专家系统的钻井事故诊断J.计算机应用,2009,29(1):277-280.4张绍槐,何华灿.石油钻井信息技术的智能化研究J.石油学报,1996,17(4):114-119.5吴红建,郗凤亮,柯晓华.智能控压钻井控制技术试验研究J.石油天然气学报,2013,35(11):150-154.6杨金华,李晓光,孙乃达,等.未来10年极具发展潜力的20项油气勘探开发新技术J.石油科技论坛,2019,38(1):38-48.（上接第46页）Application of geological logging guidance technology inefficient construction of unconventional horizontal wellsCAI Yu-ming(Geological Logging Second Company of Daqing Drilling Engi-neering Company,Heilongjiang Daqing 138000，China)Abstract：In recent years,with the development of oil and gas re-sources,the surplus of conventional oil and gas resources has be-come less and less.In order to ensure the replacement of resources,oil and gas exploration at home and abroad have focused on the ex-ploration,development and utilization of unconventional oil andgas resources such as Tight oil,Shale oil,and coal-bed methane.Unconventional oil and gas resource reservoirs generally havecomplex geological conditions,difficulty in capturing sweet spots,and difficulty in guiding target layers,this article introduces the ap-plication of geological logging guidance technology in unconven-tional oil and gas drilling construction.Key Words:Unconventional oil and gas;Logging guidance;Des-sert layer pounce;Complex prevention49