旋转导向系统在深层页岩油水平井的应用

刘鑫 仲蕾

摘 要：近年来深层页岩油水平井的开发数量不断增多，页岩油已成为全球非常规油气资源开发的重要领域，针对页岩油的勘探和开发，水平井已经成为目前采用的主要技术之一。为了解决在钻井过程中高压、托压和近距离的防碰、以及测试参考资料等问题，依据方位探测原理，组建了三地层数学模型，并且结合钻测井曲线推导出相关的公式。

关键词：旋转导向;深层页岩油;水平井

前言

随着页岩油勘探的不断发展，为加快油气田的开发力度，现今的油田开发方案大都以钻水平井为主，为了实现单井产能的最大化，保证水平井的顺利实施，旋转导向钻井技术成为井底作业的普遍选择。旋转导向系统可以实时检测出井底的环空压力，不仅可以提高机械钻孔的速度，还可以使井眼经过的轨迹变得平整光滑，优化了井深结构，完善了地质导向模型，为后期开发页岩油也提供了全新的策略。

一、旋转导向系统的组成及优势

（一）旋转导向系统的组成

旋转导向钻井技术包含有地面监测系统、随钻测量系统和井下旋转导向工具系统。地面监测系统主要是用来完成一些井下信号的解释处理、水平井的剖面设计以及井眼的轨迹参数计算工具等等工作;随钻测量系统主要包含传感器模块、旋转密度仪等钻具特性测量工具;井下旋转导向工具系统包括导向装置、不含磁力的模块稳定器等井下工具。

（二）旋转导向系统的优势

旋转导向系统跟常见的钻测井系统相比较，占有诸多的核心技术优势，主要具有连续旋转导向技术、闭环智能钻井技术、方位咖马成像技术工程检测技术等。ECD可以针对井眼的清洁度和井下的异常情况非常准确地反映出来，还可以提前打开报警系统，把施工风险大幅度地降低，如果发生了井漏或者溢流等相对复杂情况时旋转导向系统就可以给予准确且有效地数据支持它能够实现岩性和物性等多个参数的测量，可以为工程上的数据、地质方面的导向、测井的精细度以及钻井的安全，提供它们所需要的服务数据。

二、旋转导向系统在深层页岩油水平井的具体应用措施

（一）技术应用

旋转导向钻井系统主要有导向头组成，导向头负责提供钻头井斜和导向功能，钻进时驱动轴要把钻柱的动力传递给钻头，用来完成破岩的过程。导向头的重力工具面的测量是把液压驱动翼肋与三轴传感器相重合，通过对重力加速度的测量就可以估算出它具体在井眼高边的位置，从而就可以得到导向头的重力工具面。导向头可根据动态重力工具面，采取对井眼轨迹的自动调整和控制。当它在井下工作的时候，可以把肋板推放在井壁上，通过肋板对井壁上的合力可以使井眼的中心线偏离，从而就可以使井眼的轨迹发生改变。系统里还设置有自动化智能钻进模式，这样只需要井下电脑的自动设置装备、钻头的方向和地面下达的轨迹参数等，就可以使轨迹控制的精度大幅度地提高。水平段的轨迹控制需要按照所计算出的地层倾角来提高目的层的钻速率，避免了因为没有办法来确定目的层顶界的调整而导致轨迹发生不平滑现象和钻进没有实用意义的井段。因此为了提高目的层的钻速率，就必须要实时测井曲线进行监控，通过测井曲线对地层回应来判断钻头在目的层中相对应的位置。利用近钻头的井斜、电阻率和方位伽马就能钻头在地层的实时位置，极大地提高了目的层的钻遇率，使地质导向模型也得到了及时的更新。

（二）安全应用

水平井在整個堵漏和压井的过程中，仪器一直都在井下进行正常的工作，这样就可以在处理事故的时候，为此及时地提供准确的数据服务。例如万一泥浆发生了漏失，那么泥浆的液柱就会突然下降，这就致使环空压力也跟着下降，那么预警井漏就会进行实时预警。可以清楚地判断压井材料是否到底，通常情况下由压井材料配成的压井也得密度会比正常泥浆的密度偏高，在压井液到井底进行循环的时候，就可以看到环空压力会有一个非常明显的上升趋势。倘若发现环空压力的变化不明显，就充分地说明压井在循环的时候循环不到位或者是所用的材料偏少，如果呈现出阶梯式地下降，说明发生了井漏，泥浆的液柱也会持续的下降，在对压井进行堵漏之后，ECD的值会逐渐升高，压力就会渐渐的平衡，井下也逐渐变正常。可以用来识别钻井风险和计算压井需要的泥浆比重，如果在发生井漏后，接着就会发生井涌的现象，可以利用环空压力的测量点到泥浆循环入口的垂直深度的公式，计算出压井所需的泥浆密度。

（三）地质导向应用

深层页岩油水平井的油层在整个的钻进过程中，它的厚度和地层的倾角会一次次地发生较为明显的变化，在钻进的时候可以通过成像伽马和电阻率来判别出它的具体储层位置，通过对层位的厚度和视倾角的计算，能够快速地想出对策，以便于对下一步的钻进方向进行更好的指导，对于没有发生穿透上下覆层的情况，要一直围绕着好的油层钻进。例如深度在一个关键点的时候，地层之间发生变化，它的成像显示轨迹如果先碰到底部，接着迅速地碰到顶部，说明这块层位变薄较为明显。轨迹接着从顶部穿出来，倾斜渐渐下降，接着就会从砂体的顶界面穿回来，增加倾斜度接着钻进，当上边覆盖的油层变成互相交错沉积的砂岩互层时，就会发生透镜体和重力流沉积存在的形态较为明显。在离开底部差油层后，接着会立马触碰到顶部，上面的覆层就会由差油层变成为凝灰之类的沉积，这时这个方位的倾角就会再次变大，它的厚度也会较为明显的减小，下降斜角到一定度数后，就会回到油层。一但它的地层变薄，它所处的倾角也会再一次地变小，上伽马没有发生明显的变化，就说明明轨迹只是擦边下部的差油层，当增斜到一定度数后，就会离开底部。

结语

旋转导向系统在地质、工程方面完全适用于深层页岩油水平井，它在页岩油水平井施工的安全方面占有明显的优势。整个过程中它都采用复合钻进，使四周的井眼轨迹平整光滑，减小了钻具之间的摩擦阻力，简单有效地降低了钻井作业在安全方面的风险。旋转导向系统在深层页岩油水平井施工的地质导向方面，可以使方位成像伽马准确有效的识别出轨迹和目的层边界的关系，也能够准确的确定钻头在目的层的位置以及接下来如何计算出钻进的准确井斜角度，已确保精准的地质导向。

参考文献

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