松南中浅层水平井钻完井及储层保护技术研究黑帝庙薄油层井眼轨迹控制方法.ppt

项目名称：松南中浅层水平井钻完井及储层保护技术研究黑帝庙薄油层井眼轨迹控制方法,负责人：闫 铁汇报人：刘维凯,东北石油大学2013年11月10日,目录,四、结论,三、现场应用情况分析,二、技术研究内容总结,一、项目总体完成情况,一、项目总体完成情况,二、技术理论创新总结,针对吉林油田黑帝庙薄油层的两个重要特点:(1)即油层中靶精度要求高；(2)油层内井眼轨迹控制困难；开展黑帝庙薄油层井眼轨道控制方法研究工作。,角度偏大，易从油层顶部穿出,角度偏小，易从油层底部穿出,二、技术研究内容总结,1 薄油层水平井井眼轨迹描述及监测方法,薄油层，地层倾角变化使得井眼轨迹在油层最佳位置穿行难，精确控制钻头走向控制难度大。因此，对于薄油层水平井井眼轨迹描述及监测要求高。,薄油层水平井轨迹示意图,自然曲线模型：井斜变化率和方位变化率保持为常数。,方位漂移的井段,1.1 三种井眼轨迹描述方法,二、技术研究内容总结,圆柱螺线法示意图,圆柱螺线模型：井轨迹是等变螺旋角的圆柱螺线。,转盘钻进井段,二、技术研究内容总结,轨迹扫描示意图,空间圆弧模型：井轨迹是一斜平面上的圆弧线。,装置方位角不变井段,二、技术研究内容总结,1.2 实钻井眼轨迹监测,轨迹扫描示意图,实钻井眼轨迹监测主要对实钻轨迹与设计轨道之间的偏差进行分析。本项目分析中采用最为常用的方法法面距离扫描法进行实钻轨道监测。,二、技术研究内容总结,2 薄油层水平井井眼轨迹预测及中靶预测分析,薄油层轨迹预测是控制的基础，没有精确的参数预测，就不能实现薄油层水平井轨道准确的控制。,薄油层水平井包含着陆控制和水平控制，其难度高于定向井，故提前预测轨迹趋势和中靶预测分析更加必要。,中靶是对钻井施工的基本要求，同时，中靶分析是实钻轨迹监测的重要组成部分。,二、技术研究内容总结,2.1 井眼轨迹预测分析,薄油层井眼轨迹预测,轨迹预测,井底钻头位置预测,待钻井轨迹预测,主要适用于井内钻具组合未更换、钻进方式和条件没有改变时井轨迹预测。,(针对不同井段选择不同的模型预测待钻轨道),二、技术研究内容总结,2.2 中靶分析,应用井眼轨迹预测模型预测水平井井眼入靶的靶心距、偏转角等参数，对中靶情况进行分析，如果出现较大偏差即可及时进行轨道修正设计，调整钻井作业参数，提高油层中靶成功率。,靶平面摆放示意图,靶心距,偏转角,实钻轨迹上e点与设计轨道靶点t位置关系：,二、技术研究内容总结,3 薄油层水平井轨迹随钻修正设计方法研究,由于地质勘探误差或井下事故等方面的原因需要中途改变目标点的位置时，则需要调整或重新设计新的井眼轨迹，因此，随钻修正设计是薄油层井眼轨道控制的一个重要研究内容。,本项目基于空间斜平面方法进行随钻修正设计井眼轨迹，主要包括单圆弧修正轨道设计、三段式修正轨道设计、以及考虑地层参数影响的随钻修正轨道设计三种方法。,二、技术研究内容总结,3.1 单圆弧式随钻修正设计方法,单圆弧的中靶控制方案,已知当前井底坐标B和靶点坐标，即可进行单圆弧控制方案设计中靶轨道。该方法设计简便，而且具有一趟钻具即可完成施工等优点，现场应用较为广泛。因此，本项目将其作为一种重要设计方法。,二、技术研究内容总结,3.2 三段式随钻修正设计方法,三段式圆弧的中靶控制方案,已知当前井底坐标B 和靶点坐标，进行三段式圆弧控制方案设计中靶轨道。最为常用的是“直线圆弧段直线段”剖面，该方法较单圆弧法增加最后的直线稳斜段，具有方便轨迹调整等优点。这一设计优点正好适用于薄油层轨道控制。,二、技术研究内容总结,3.3 软着陆轨道控制,软着陆轨道的控制方案,软着陆控制方案常采用直线段圆弧段直线段圆弧段直线段”剖面，既要求中靶，又要达到指定的井斜角和方位角。,初始工具面角,第一圆弧长,稳斜段长度,第二圆弧长,第一直线段,第二工具面角,二、技术研究内容总结,3.4 考虑地层特性的随钻修正设计方法研究,水平井方位漂移轨道示意图,针对薄油层随钻修正设计受地层倾角影响的特点，本项目针对地层变化引起的随钻修正设计方法进行改进，引入以下两方面研究内容。,（1）薄油层井眼轨迹随钻修正参数计算,（2）基于井斜方位漂移机理的随钻 修正 设计方法研究,二、技术研究内容总结,由于薄油层井眼轨道控制要求精度高，因此，需要考虑油层误差给薄油层轨道修正设计带来的技术困难，主要包括以下四方面研究内容。,（1）确定油层水平角（2）预测地层倾角（3）确定探油顶稳斜角（4）确定目的层垂深变化范围,3.4.1薄油层井眼轨迹随钻修正参数计算,二、技术研究内容总结,设计方位与地层走向及倾向关系,（1）确定水平段井斜角,当水平段与地层走向不垂直，为使水平段与地层平行，则应考虑地层视倾角影响，井眼轨道设计方位与地层走向及倾向的关系如下图所示。,则水平段井斜角,（上倾取“+”，下倾取“-”）,二、技术研究内容总结,（2）地层倾角确定,二、技术研究内容总结,（3）探油顶稳斜角确定,探油顶及软着陆关系图,探油顶的稳斜角,钻头到油顶的长度,探油顶总长度,油层顶部钻进长度,二、技术研究内容总结,（4）目的层垂深变化下轨道设计,油顶提前时轨迹与地层关系示意图,电阻率探测器测点井斜角,实际油层深度提前值,二、技术研究内容总结,3.4.2 基于井斜方位漂移机理的随钻修正设计方法研究,主要设计思想：将定向井三维漂移轨道作为一个整体来处理，根据下面列出的约束方程，求解决定井眼轨道形态的关键参数，进而设计出方位漂移轨道。这种设计思想适用于所有轨道设计问题。,水平井井斜方位投影图,二、技术研究内容总结,4 薄油层长水平段后期井眼轨迹控制技术,长水平段水平井后期，井眼轨迹控制一个重要问题就是如何提高定向工具的工具面稳定性。,工具面稳定性直接关系到水平段钻进过程中定向效率，特别是对于薄油层长水平段后期钻井施工过程。,二、技术研究内容总结,工具面稳定技术研究,由于井身曲率、摩阻和钻柱扭转的影响，长水平段水平井后期致使工具面角不稳定，工具面角数值在较大范围内跳跃。针对该突出问题，本项目从以下几个方面进行研究：（1）预测的工具面角如何选取；（2）准确计算钻具反扭角；（3）优选钻具及钻井作业参数。,二、技术研究内容总结,工具面角对方位角变化的影响,应把预测的工具面角选为“”变化范围的中值，提高长水平段工具面定向的准确性。,（1）预测的工具面角如何选取,二、技术研究内容总结,（2）准确计算钻具反扭角,反扭角示意图,计算该井段的狗腿角,计算造斜工具的实际装置角,计算实际反扭角,需要准备数据,二、技术研究内容总结,（3）优选钻具及钻井作业参数,螺杆弯角对轨道控制影响分析,在当前给定条件下，井斜趋势有所增加，并随弯角度数增加而略有增加，说明导向钻具在水平段复合钻进时一直处在微增斜状态，且弯角读数对水平段旋转钻进稳平效果影响较小。适合水平段旋转钻进使用的弯角系列为0.751.5，综合考虑造斜率要求，推荐弯角为1.00。,二、技术研究内容总结,钻压对轨道控制影响分析,适当提高钻压有利于水平段稳平钻进。当钻压达到螺杆钻具推荐钻压（55kN）之后，增斜趋势逐渐减弱。考虑螺杆钻具的工作参数范围，水平段旋转钻进时钻压40kN较合适。,（3）优选钻具及钻井作业参数,二、技术研究内容总结,转速对轨道控制影响分析,在当前条件下，井斜趋势随转速变化不明显，且始终为正值，说明水平段复合钻进时以微增斜趋势为主，稳平效果不好。复合钻进时适合采用低转速，推荐转速小于50r/min左右。,（3）优选钻具及钻井作业参数,二、技术研究内容总结,三、现场应用情况分析,3.1 长水平段水平井轨道控制技术查平2井,查平2井区地理位置图,查平2井概况,3.1 长水平段水平井轨道控制技术查平2井,查平2井眼轨道控制的特点和难点,（3）井身质量要求高(长水平段预探井),（1）长水平段后期井眼轨迹控制难(工具面不稳定),（4）有效清洗井眼困难(岩屑床),（2）定向效率低(托压大，钻压扭矩传递困难),三、现场应用情况分析,长水平段轨道控制技术方法研究,长水平段控制方法,三、现场应用情况分析,3.1 长水平段水平井轨道控制技术查平2井,查平2井长水平段后期工具面控制技术,长水平段后期工具面稳定控制技术,稳平钻具组合,合理钻井参数,水平段旋转钻进时，推荐钻压50kN、转盘转速60r/min,推荐1弯角的螺杆稳平钻具,三、现场应用情况分析,3.1 长水平段水平井轨道控制技术查平2井,查平2井长水平段后期定向控制技术,长水平段后期定向控制技术,复合钻进,定向钻进,钻具应有较强稳斜能力,钻具应有较强造斜能力,复合机械钻速,定向机械钻速,三、现场应用情况分析,3.1 长水平段水平井轨道控制技术查平2井,三、现场应用情况分析,3.2 薄油层井眼轨道控制技术应用黑188井,该井设计井深：2773.62m，井别：预探井；井型：水平井。黑188井油层简要描述如下表所示：,计算软件主界面,测斜模块,三、现场应用情况分析,垂直投影图,水平投影图,3D轨迹显示,3.2 薄油层井眼轨道控制技术应用黑188井,三、现场应用情况分析,3.2 薄油层井眼轨道控制技术应用黑188井,轨迹预测与控制模块,中靶分析模块,三、现场应用情况分析,3.2 薄油层井眼轨道控制技术应用黑188井,3D轨迹图,随钻修正设计模块,三、现场应用情况分析,3.2 薄油层井眼轨道控制技术应用黑188井,走势分析模块,考虑到黑帝庙薄油层勘探井井眼轨道控制的特点，结合地层横向上和纵向上的不确定性，提出适合薄油层井眼轨道控制的分析模型，其中包括地层倾角预测、稳斜探油顶的井斜角、探油顶长度预测等。,黑188井现场应用总结(1)地层倾角为1.3，沿地层下倾方向。(2)水平段井斜角为88.7。(3)探油顶稳斜角为87.8。(4)应用1弯螺杆稳平钻具组合。(5)水平段钻压维持在50kN，采取定向与 复合钻进结合的方式进行。,砂岩钻遇率提高23.7%,三、现场应用情况分析,3.2 薄油层井眼轨道控制技术应用黑188井,三、现场应用情况分析,3.3 薄油层井眼轨道控制技术应用黑187井,该井设计井深：水平井井深：2832.23m，垂深：1624.31m。井别：预探井；井型：水平井。黑187井油层简要描述如下表所示：,黑187井现场应用总结(1)地层倾角为1.4，沿地层下倾 方向。(2)水平段井斜角为88.6。(3)探油顶稳斜角为87.2。(4)应用1弯螺杆稳平钻具组合。(5)水平段钻压维持在50kN，定向 与复合钻进结合的方式进行。,砂岩钻遇率提高14.6%,四、结论,1、现场应用表明：自然曲线模型适用于存在方位漂移的井段，圆柱螺线模型主要适用于转盘钻进井段，空间圆弧模型适用于保持装置方位角不变时动力钻具定向或扭方位钻进的井段；,2、黑帝庙属薄油层对轨迹的控制要求更高，应将地层因素考虑进来，提高薄油层轨迹控制精确，进而提高薄油层砂岩钻遇率；,3、在钻进过程中，关键井段要加强监控，根据地层特点预测工具的造斜能力及预测井底位置，做好待钻井眼设计，根据靶区要求，及时调整钻具组合和钻井参数，提高井眼中靶几率；,四、结论,5、采用双螺扶螺杆的稳平钻具组合，可以大大提高长水平段水平钻进的稳平能力，将伽马、电阻值以及录井资料与地质资料相结合进行分析，预测油层位置，控制长水平段的井眼轨迹在油层中穿行，提高砂岩钻遇率；,6、应用本项目研究方法对黑帝庙薄油层勘探井进行现场应用，应用结果表明：黑188井和黑187井砂岩钻遇率分别提高23.7%和14.6%。,4、长水平段水平井钻井，PDC钻头相对牙轮钻头工具面不好控制，但通过优化钻头设计，调整钻进参数，工具面摆动还是可以有效控制，能够满足定向对工具面的要求；,敬请各位领导专家批评指正!,